HELYSZÍNI VIZSGÁLATOK Dr. Nagy László BME Geotechnikai Tanszék
Helyszíni vizsgálat vs. laboratóriumi vizsgálat Előnyök: folyamatos képet kaphatunk a vizsgált talajrétegek állapotáról, nincs fúrás, mintavétel a talajt természetes állapotában lehet vizsgálni. hasznos kiegészítő információ a talajállapotról Hátrányok: nem helyettesíti a közvetlen mintavételt és laboratóriumi vizsgálatot, csak az adott feszültségállapot mellet lehet vizsgálni a talajt.
Döntés előkészítő tanulmány Megvalósíthatósági tanulmány Engedélyes terv Tender terv Kiviteli terv Megvalósulási terv Tervfokozatok Geotechnika Geológia
Légi felderítés
Törésvonalak
Közvetlen feltárások Fúrás Kutató gödör Helyszíni mérések Közvetett feltárások Geofizikai mérések szondázások
A geotechnikai fúrógéppel, szondázó berendezéssel szemben támasztott követelmények - Biztonság a természetes és épített környezet védelme (önsúly, bio olaj, adalékszer, humán erőforrás védelme, biztonság technikai felülvizsgálat) - Alkalmasság a mintavételre ( a fúrás elakadt ) forgatónyomaték, forgatási sebesség, emelő képesség, mintavételezési módszer - Terepjáró képesség, helyszíni nehéz terepviszonyok, építési területek, országúti közlekedés - Gyorsaság, összsúly, felvonulás, súlykorlátozások - Megbízhatóság, gazdaságosság határidő
Közvetlen feltárás
Közvetlen feltárás célja 1. olyan minőségű talaj- és kőzetminták vétele, amelyek alapján megítélhető a helyszín általános geotechnikai alkalmassága, lehetővé teszik a szükséges talaj- és kőzetfizikai jellemzők laboratóriumi meghatározását; 2. információszerzés az egyes rétegek, tagoltsági rendszerek és vetők szerkezetéről, vastagságáról és irányáról; 3. a rétegek típusának, összetételének és állapotának megállapítása; 4. információszerzés a talajvízviszonyokról, vízmintavétel a talajvíz, talaj, kőzet és szerkezeti anyagok közötti kölcsönhatás megítéléséhez;
Fúrógépek széles választéka Fúrógép sekély mélységű (10-15 m) spirálfúráshoz nyomaték: 2 500 Nm Fúrógép közepes mély fúráshoz (50 m), Hollow Stem Auger fúrógép, száraz szakaszos mintavételhez nyomaték: 5 000 Nm
Rotary Wire Line magfúráshoz (500 m) fúrógép nyomaték 10 000 Nm
Feladatok változatossága
Geotechnikai mintavételi módok és eszközök,fúrással Fúrási- mintavételi módok Talaj és Kőzet függő * Száraz fúrás szerszámai és mintavétel - spirál fúrás, zavart minta, folyamatos spirál és szakaszos száraz magmintavétel - Holow Stem Auger (belső üreges spirál fúrás), zavart minta és száraz magmintavétel ( szakaszos és folyamatos) - egyfalú magcső, szakaszos magminta, se nem zavart se nem zavartalan * Rotary folyamatos magfúrás, iszapöblítéssel - dupla falú magcsővel, általában geológiai kutatásra, a magminta, ásványi összetétele a lényeges, kevésbé alkalmas geotechnikai laboratóriumi vizsgálatra - Wire Line, tripla falú magcsővel, geotechnikai kutatásra, 1980 óta, bagdadi metrónál először, előnye, legkevésbé roncsolja a mintát, alakváltozást korlátozza, min 95 % magkihozatal, magvédelem, tárolhatóság
Laboratóriumi vizsgálathoz vett talajminták minőségi osztályai MSZ ENV 1997-3:2000 Talajtulajdonságok / Minőségi osztály 1. 2. 3. 4. 5. A változatlan talajtulajdonságok szemcseméret víztartalom tömörség, tömörségi mutatószám, áteresztőképesség összenyomhatóság, nyírószilárdság A meghatározható tulajdonságok rétegsor réteghatárok hozzávetőlegesen réteghatárok pontosan konzisztenciahatárok, szemcsesűrűség, szervesanyag-tartalom víztartalom tömörség, tömörségi mutatószám, áteresztőképesség összenyomhatóság, nyírószilárdság Alkalmazható mintavételi kategória * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * A B C
Minták minőségi osztályai és a mintavételi kategóriák MSZ EN 22475-1 2010 Laboratóriumi vizsgálat céljára vett talajminták minőségi osztályai Mintavételi kategóriák - A kategóriájú mintavétellel 1-5 minőségi osztályú minták nyerhetőek - B kategóriájú mintavétellel 3-5 minőségi osztályú minták nyerhetőek - C kategóriájú mintavétellel 5 minőségi osztályú minták nyerhetőek Minta minőségi osztályai : - 1 és 2 minőségű minta: a talajszerkezet semmilyen vagy min. mértékben változik az eredeti állapothoz képest ( talaj összetevők, kémiai összetevői ), víztartalom és hézagtényező nyírószilárdsági jellemzői in situ állapotúak - 3 típusú minta: a talaj összes alkotóelemét eredeti arányban tartalmazza és megtartja az eredeti víztartalmát. Az in situ állapot zavart. - 5 típusú minta: a talaj szerkezete teljesen megváltozik, a rétegek nem azonosíthatóak, víztartalom hamis 1. 2. 3. 4. 5. A B C
Folyamatos spirál fúrás Max. fúrási mélység : forgatónyomaték/ 3 x spirál átmérő coll ban HSA, Holow Stem Auger Folyamatos spirál fúrás Példa: Fúrógép nyomatéke : 400 kpm Spirál átm : 160 mm = 6.4 coll Max. fúrási mélység :20.8 m Spirál fúrófejek
Hollow Stem Auger, belső üreges spirál alkalmazható 30 m-ig
Száraz magminta vevők max: 150 mm-ig - bevert mintavevő, keményebb talajokhoz (split tube barell), hidraulikuskalapáccsal - vékony falú mintavevő, puha talajok esetén statikus nyomással (thin wall sampler) 1 Béléscső 2 A magmintavétel kezdete 3 A magmintavétel vége 4 Az előfúrás talpmélysége 5 Légtelenítő nyílás 6 Minta D 3 A magcső vagy betétcső belső átmérője H Egyszeri magmintavételi hossz
Egyfalú mintavevővel szembeni Területi arányszám, kiszorított talaj terület aránya a minta területéhez, a minta zavartsága utal, legyen nagyobb 15 %-nál D2 D4 C o = 100 D Belső bővülési arány, a falsúrlódás, mintavonszolás, legyen nagyobb, ne legyen nagyobb mint 0,5 % D3 D1 Ci = 100 D Külső bővülési arány D2 D C o = D Vágóél kúpszöge max. 5 fok 4 1 4 4 100 követelmény
Folyamatos magfúrás, A nagyátmérőjű (101 mm) magminta egyszeri magkiépítési hossza: 1,5 m 4,5 m. Elsősorban földtani, nyersanyag kutatási feladatoknál alkalmazzuk, pontos rétegsor megállapítást és kőzettani vizsgálatok. T6 dupla falú magcső alkalmazhatóság korlátlan
Wire Line triplafalú magcső alkalmazhatóság ELŐNYEI: * gyors mintavétel * biztosítja a lyukfal állékonyságát, (?) * TCR (?) min. 100 %, homokban 70 % * RQD (?) pontos felvétele, * legkevésbé roncsolja a mintát (?) * nem növeli a minta víztartalmát * liner védi a magmintát, (?) * megőrzi részben a konszolidáltságot (?) * egyaránt alkalmas ásványi és geotechnikai célú magminta vételre
Kőzetmagok töredezettségének jellemzése: TCR teljesmag-kihozatal (Total Core Recovery): A kiemelt magminta teljes (ép és nem roncsolódott részének) hossza az egyszeri magfúrási hossz százalékában kifejezve SCR épmagkihozatal (Solid Core Recovery): Az ép hengerekként kiemelt magdarabok hossza az egyszeri magfúrási hossz százalékában kifejezve RQD tagoltság (rock quality designation): Azon magdarabok összegzett hossza az egyszeri magfúrási hossz százalékában kifejezve, melyeknek mindegyik keresztmetszetében legalább egy teljes átmérő kijelölhető, és amelyeknek a természetes törési felületek között a mag középvonala mentén mért hossza 100 mm vagy annál nagyobb
Kőzetmagok töredezettségének jellemzése: RQD tagoltság, SCR épmagkihozatal, TCR teljesmagkihozatal 1 Fúrás okozta törések 2 Van legalább egy teljes átmérő RQD tagoltság 3 Nincs teljes átmérő SCR épmagkihozatal 4 Roncsolódott TCR teljesmagkihozatal 5 Nincs magkihozatal 6 Egyszeri magfúrási hossz
Liner magkivétel Geobor S
Szondázások
Geotechnikai paraméterek meghatározása szondázási eredmények alapján Jórészt empirikus összefüggések Helyszín- és geológia függő Óvatos használat, kalibráció
SZONDÁZÁSI MÓDSZEREK
Statikus szondázás - nyomószondázás CPT(u)
CPT(u) szondázás Szonda jellemzők: állandó sebesség (v=2 cm/s) kúpos szondacsúcs szondacsúcs szöge: 60 átmérő: 3.57 mm szondacsúcs területe (vízszintes vetület) : 10 cm 2 Mért adatok: csúcsellenállás (q c ) köpenysúrlódás (f s ) pórusvíznyomás (u)
Statikus szondázás
www.ce.gatech.edu CPT(u) szondázás Statikus szondázás végrehajtása
Mozgó laboratórium
Statikus talajszondázás CPT(u)
Statikus talajszondázás CPT(u)
Célja : CPTU szondázás célja- előnye - hátránya - talajréteződés és talaj fajta ( kötött- kötetlen )meghatározása - talajfizikai paraméterek meghatározása ( Φ, C, rug. modulus ) - geotechnikai tervezési paraméterek megadása ( in situ víztartalom, Előnye : pórusvíznyomás, nyírási modulus és nyíró szilárdság, konszolidációs tényező, disszipációs test) - mérési pont 2 cm-ként - minimális megbontása az eredeti talajállapotnak - a geotechnikai tervezésben jól használható digitális adatsorok - valós idejű digitális adatkezelés és rögzítés - gyors vizsgálati módszer, napi 100-120 fm
Homok Agyag Törmelékes betelepülés Agyag CPT(u) szondázás Mérési eredmények
Megbízhatóan meghatározható a: talajtípus, talajrétegződés, pórusvíznyomás, cölöpteherbírás; Közepes megbízhatósággal számítható az: (ideálisan) szemcsés talajok belső súrlódási szöge, kötött talajok drénezetlen nyírószilárdsága, a talajok (relatív) tömörsége, Statikus szondázás felhasználási területe A szondázás jól alkalmazható: homokban iszapban agyagban tőzegben A szondázás nem alkalmazható: kavicsban összenyomódási modulus, konszolidációs együttható, áteresztőképességi együttható, előterheltség (OCR) mértéke, cölöpsüllyedés. Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M. 1997 Cone penetration testing in geotechnical practice
Dinamikus talajszondázás (DP)
Szonda jellemzők: dinamikus hatás (ejtősúly) kúpos szondacsúcs szondacsúcs szöge: 90 átmérő: 4.37 mm szondacsúcs területe (vízszintes vetület): 15 cm 2 Mért adatok: 10 vagy 20 cm behatoláshoz tartózó ütésszám (N 10, N 20 )
Nehéz verőszondázás (DP)
Verőszondázás típusa Könnyű verőszondázás DPL (Dynamic probe, light) Közepes verőszondázás Verőszondázás típusai DPM (Dynamic probe, medium) Nehéz verőszondázás DPH (Dynamic probe, heavy) Nagyon nehéz verőszondázás DPSH (Dynamic probe, super heavy) Ejtősúly tömege (kg) Ejtési magasság (mm) 10 500 30 500 50 500 63.5 750
Nehéz verőszondázás szemcsés talajok tömörsége Jól graduált szemcsés alajok tömörségének minősítése az FTV segédlete szerint: Minősítés N 20 laza 1-14 közepesen tömör 15-50 tömör 51- Talajok relatív tömörségi indexe a DIN4094-3 szabvány alapján: (Smoltczyk: Geotechnical Engineering Handbook 2002) Rosszul graduált homok (U<3) esetén: I D = 0.10+0.435 logn 10 Jól graduált homok, homokos kavics (U>6) esetén: I D = -0.14+0.55 logn 10
A szondázási eredményekből közepes megbízhatósággal határozható meg a: talajrétegződés, a szemcsés talajok (relatív) tömörsége Verőszondázás (DP) felhasználási terület A szondázás jól alkalmazható: homokban A szondázás közepes megbízhatósággal alkalmazható: kavicsban iszapban agyagban tőzegben Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M. 1997 Cone penetration testing in geotechnical practice
SPT szondázás (Standard Penetration Test) www.ce.gatech.edu
Mélység SPT szondázás Ütésszám 30 cm behatoláshoz (N)
SPT - Standard Penetrometer Test Az SPT vizsgálatot eredetileg kohézió nélküli talajok vizsgálatára fejlesztették ki, cölöpalapozásokhoz. - egyszerű és gyors talajvizsgálati módszer, világszerte alkalmazzák kötött talajokban is, tetszőleges alapozási mód esetében. - a vizsgálatok nagy száma, elterjedése korrelációs lehetőséget biztosít az eredmények kiértékelésére. - Az SPT vizsgálatok során egyúttal talajmintavétel is történik.
SPT talajvizsgálat, példa a feldolgozásra
A szondázási eredményekből jó megbízhatósággal határozható meg a: talajtípus (mintavétellel), közepes megbízhatósággal határozható meg a: talajrétegződés, a szemcsés talajok (relatív) tömörsége SPT szondázás felhasználási terület A szondázás jól alkalmazható: homokban iszapban agyagban tőzegben A szondázás közepes megbízhatósággal alkalmazható: kavicsban Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M. 1997 Cone penetration testing in geotechnical practice
Mérés 20-30 cm-enként Lapdilatométeres vizsgálat (DMT, Flat dilatometer test)
www.marchetti-dmt.it Lapdilatométer (DMT, Flat dilatometer test)
3 2 1 4 DMT Test Layout 5 6 7 1. Dilatometer Blade 2. Push Rods (i.e. CPT) Independant from insertion method 3. Push Force or dynamic penetration 4. Pneumatic electric cable 5. Control Box 6. Pneumatic cable 7. Gas Tank P0 (A) Lift-off pressure P1 (B) Pressure for 1.1 mm expansion
Ways of Inserting the blade (1/2) Most efficient method: pushing from truck Cable coming out of the rods
Ways of Inserting the blade (2/2) Driven by Spt tripod Pushed by drill rig Driven or pushed by light penetrometer Pushed by a fixed platform Driven from a barge Driven by drill rig
Torpedo Method TORPEDO L 3 m To 76mm rods TORPEDO pre-assembled before test and joined to 76 mm rods Cable exits from slot, runs through channel in collar and is taped to rods Rods + torpedo are inserted at bottom of borehole
Upper Slotted Adaptors
DMT Test Connections
Ground Cable Connection Ground cable must provide good contact with rods (blade)
DMT Complete Equipment tank rods p/e cable to DMT
Control box P 0 P 1 DMT Readings Lift-off pressure Pressure for 1.1 mm expansion
DMT Working Principle Works like electric switch (On/Off) System must be clean (no dirt on contacts!) gas must be non-conductive (generally air or nytrogen)
Soils testable by DMT Suitable for SANDS, SILTS, CLAY (grains small vs membrane D=60 mm). But can cross through GRAVEL layers 0.5 m Very robust, can penetrate soft rocks (safe push on blade 25 ton) Clays: Cu = 2-4 kpa to 1 MPa (marls) Moduli: M = 0.5 to 400 MPa Penetrates fast and easily in hard soils, PROVIDED sufficient pushing capacity (e.g. 20 ton trucks)
Lapdilatométer (DMT) eredmények Anyagindex Agyag I DMT Iszap Homok Flat dilatometer test www.ce.gatech.edu Összenyom. Drénezetlen modulus nyírószilárdság Vízszintes feszültségi index K DMT
A szondázási eredményekből jó megbízhatósággal határozható meg a: talajrétegződés közepes megbízhatósággal határozható meg a: talajtípus, nyírószilárdsági paraméterek összenyomódási modulus vízszintes feszültség nyírási modulus OCR Lapdilatométer (DMT) felhasználási terület A szondázás jól alkalmazható: homokban, iszapban, agyagban tőzegben A szondázás nem alkalmazható: kavicsban Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M. 1997 Cone penetration testing in geotechnical practice
EC 7 A CPT(u) eredményei a a rétegződés meghatározására a talajosztályozásra talaj és kőzet mechanikai tulajdonságainak meghatározására alapozás teherbírás számítására szolgálnak.
Mélység - z [m] 0 2 4 6 8 10 12 Verőszondázás és CPTu szondázás eredményei CPT csúcsellenállás - q c [kpa] 0 10 000 20 000 30 000 40 000 sov. agyag finomhomok köz. agyag Mélység - z [m] 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Din. szonda - ütésszám (N20) 0 10 20 30 40 50
CPTu szondázás Szondaeredmények feldolgozása Korrigált csúcsellenállás: q t =q c +u 2 (1-a) ahol: a=a n /A c a belső tengely (erőmérő) és a szondacsúcs keresztmetszeti területének hányadosa Korrigált köpenymenti ellenállás: f t =f s -(u 2 -u 3 ) Súrlódási arányszám: R f =(f s /q c ) 100% A c
CPTu szondázás Talajrétegek szétválasztása Csúcsellenállás Pórusvíznyomás Köpenysúrlódás Súrlódási arányszám q c [MPa] u [kpa] f s [kpa] R f [%] KÖTÖTT SZEMCSÉS KÖTÖTT SZEMCSÉS
Terepi nyírószondázás (VST, Vane shear test)
Szárnyas nyírószondázás eszközei
Szárnyas nyírószondázás végrehajtása
Szárnyas nyírószondázás (VST, Vane shear test) Eredmények
Bjerrum korrekciós tényezője agyag talajoknál
Lesarkított szélű szárnyas nyírószonda
Kis-Balaton védőrendszer
Mérési eredmények értékelése
Víztartalom és nyírószilárdság változása a terheléssel
Nyírószilárdság építési fázisokban
Hézagtényező változása terhelés hatására
Terepi nyírószondázás (VST) A szondázási eredményekből jó megbízhatósággal határozható meg a: puha talajok drénezetlen nyírószilárdsága, közepes megbízhatósággal határozható meg a: talajtípus, terhelés-alakváltozás összefüggés felhasználási terület A szondázás jól alkalmazható: agyagban (különösen puha agyag) tőzegben Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M. 1997 Cone penetration testing in geotechnical practice
Terepi nyírószondázás (VST) A szondázási eredményekből jó megbízhatósággal határozható meg a: puha talajok drénezetlen nyírószilárdsága, Gyenge megbízhatósággal határozható meg a: talajtípus, terhelés-alakváltozás összefüggés felhasználási terület A szondázás jól alkalmazható: agyagban (különösen puha agyag) tőzegben szerves talajokban Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M. 1997 Cone penetration testing in geotechnical practice
Presszióméter és típusai Ménard típusú presszióméter, PBP, Önbefúró, Self Boring Presszióméter, SBP Benyomott Presszióméter, PIP
Presszióméteres vizsgálat
Presszióméter
Térfogat növekedés Presszióméteres vizsgálat - eredmény Rugalmas tartomány E M = (1+ν) 2 V (Δ P /Δ V) Kúszási nyomás Plasztikus tartomány Határnyomás NYOMÁS
Ménárd presszióméter, 3 cellás
Presszióméter beépítése
Digitális Ménárd presszióméter
Menárd presszióméter munkahelyen
Önbefúró presszióméter (Self Boring Pressuremeter, SBP)
Önbefúró presszióméter, SBP GEOVIL KFT.
Self Boring Pressziométer beépítés (Bp. 4,metróvonal, Kelenföld állomás )
SBP Pressióméter általános görbe Mérési pontok Konvencionális meghatározása a nyírási modulusnak
Önbefúró presszióméter (SBP) mérési Teljes nyomás a furatfalon (kpa) 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 görbe KE-F1 Test 2 @ 14.00 Metres KE-F3 Test 2 @ 14.00 metres -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 Sugárirányú elmozdulás (mm) Kelenfold SBP Tests 14.00 Metres
Önbefúró presszióméteres talajvizsgálat Self Boring Pressuremeter
Presszióméter
Presszióméteres vizsgálat felhasználási terület A szondázási eredményekből jó megbízhatósággal határozható meg a: vízszintes földnyomás terhelés-alakváltozás összefüggés közepes megbízhatósággal határozható meg a: talajtípus, talajrétegződés nyírószilárdsági paraméterek tömörség OCR, nyírási modulus A szondázás jól alkalmazható: agyagban A szondázás közepesen alkalmazható: homokban, iszapban, tőzegben A szondázás nem alkalmazható: kavicsban Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M. 1997
Presszió permeabilitás meghatározása
Szívott kút (Dupuit)
Kafaghi szonda
Izotóp hígítás, sózás
Összehasonlító vizsgálatok
Áteresztőképesség összehasonlítása Nem vízteleníthető Rosszul vízteleníthető Jól vízteleníthető Gátak vízzáró magja Ödométeres kísérletből Vízzárósági határ (Kézdi 1976) Triaxiális cella Vízzárósági határ (MSZ 15221) Khafagi szonda Menard szonda Változó víznyomású készülék Alapozási kézikönyv Állandó víznyomású készülék Beyer táblázat Zamarin képlet Gátak támsztótestje Szemeloszlási görbéből Jó vízzáró Rossz vízzáró Rossz vízvezető Jó vízvezető Kíváló vízvezető 1,0E-08 1,0E-07 1,0E-06 1,0E-05 1,0E-04 1,0E-03 1,0E-02 1,0E-01 1,0E+00 1,0E+01 1,0E+02 1,00E-08 cm/s
Lugeon vizsgálat
A feltárások mélysége sávalapozásnál z a 6 m z a 3*b F 119
A feltárások szükséges mélysége lemezalapnál z a 1,5*b B 120
z a 0,8*h z a 6 m A feltárások mélysége töltésépítésnél 121
A feltárások mélysége bevágásban z a 0,4*h z a 2 m 122
A feltárások mélysége úttervezésnél z a 2 m 123
z a 1,5*b Ah z a 2 m 124
z a b Ab 125
z a 0,4*h z a t+2 m 126
z a H+2 m z a t+2 m (z a t+5 m, ha nincs vízzáró réteg) 127
A feltárások mélysége cölöpalapnál z a b g z a 5 m z a 3*D F 128
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!