Új módszer a tömörségmérésre dinamikus könnyű-ejtősúlyos berendezéssel SUBERT István Okl.építőmérnök, okl.közlekedés-gazdasági mérnök, Andreas Kft ügyvezető, kutatómérnök ANDREAS Kft Budapest Magyarország Magyarországon 2003-ban új, dinamikus módszerrel mérő berendezés kifejlesztése kezdődött, mely két mérés egyidejű elvégzésére alkalmas. A kialakított könnyű ejtősúlyos berendezés egyrészt méri a hagyományos dinamikus modulust, mint teherbírást, másrészt az ejtések hatására létrejött tömörödési görbéből képes számítani a tömörségi fokot is. A 2005-ben épült M7 autópályákon lehetőség nyílt az új, EU-szabadalmat kapott tömörségmérési módszer kipróbálása. A hagyományos izotópos mérési módszerrel való összehasonlítást több alkalommal, nagyszámú összehasonlító mérésekkel végeztük el. Ezekből a legnagyobbat melyet itt is ismertetünk - 2005 őszén, az M7 autópálya Zamárdi Balatonszárszó szakaszán 23 próbaszakaszon, öt különböző anyagon, szakaszonként 3-3 szelvényben, szelvényenként 3-3 mérési ponton, statikus teherbírás és víztartalom-méréssel párosítottuk. Az összehasonlító tömörségmérések tapasztalatai szerint a két fajta tömörségmérés várható értéke valóban azonos, egyezően az elmélettel. A kis mértékben módosított könnyű-ejtősúlyos berendezéssel, 163mm-es kistárcsával végzett dinamikus tömörség-mérés új módszerének kidolgozása mellett a dinamikus modulus meghatározásának feltételei is tovább javultak. Az új B&C mérőeszköznél megválasztható az alkalmazandó Boussinesq-féle tárcsaszorzó (merev, hajlékony), a Poisson-tényező (0,3-0,4-0,5) is. A mért modulusok és a tárcsa alatti dinamikus terhelés a statikus teherbírás mérésnél megszokotthoz nagyon hasonlók. Az eddigi LFWD (Light Falling Weigt Deflectometer) berendezések 300 mm-es tárcsával és p=0,1 MPa tárcsa alatti terheléssel igen messze álltak a statikus teherbírásnál alkalmazott 0,3 Mpa terhelés szintjétől és az átszámítási kísérletek egyike sem vezetett korrekt eredményre. Az új dinamikus könnyűejtősúlyos tömörség- és teherbírás mérő berendezés és a most kidolgozott dinamikus tömörségi fok számításának elmélete lehetővé teszi, hogy a tömörödési görbe meghatározásával a tömörséget végre a süllyedéssel jellemzett tömörödéssel mérjük, másrészt a dinamikus modulust a statikus teherbíráshoz hasonló tárcsa alatti terheléssel mérjük. Kiemelkedő, hogy egyetlen méréssel meghatározható mind a teherbírási modulus, mind a tömörségi fok. A forradalmi újítás jelentős idő és költségmegtakarítással jár, és megbízhatóbb, pontosabb mérési eredményt biztosít. Előzmények A tömörség a legfontosabb minőségi jellemző a teherbírás mellett a mélyépítésben. Az eddig alkalmazott tömörségmérések a sűrűség mérésén alapultak, mint a homok-kiöntéses, a víztérfogat-méréses, vagy az izotópos mérés. A mért helyi sűrűséget a víztartalom ismeretében először száraz sűrűségre átszámítottuk, majd egy viszonyítási sűrűséghez hasonlítottuk, százalékban megadva. A viszonyítási sűrűség Magyarországon a módosított-proctor vizsgálattal meghatározott sűrűség ( dmax ). Ma már erre az EN 13286-2 uniós szabvány érvényes. Újabban más viszonyítási sűrűségek is ismeretesek, mint a vibrosajtolásos, vibrokalapácsos, vagy 1
vibroasztalos vizsgálati módszerek. Ezek összehasonlítása, átszámíthatósága még nem ismeretes, de vélhetően más-más anyagviselkedés várható. Az EN-ISO szabványok érvénybe lépése felveti a kérdés, hogy az egyszerűsített Proctor-vizsgálatot, vagy a módosított Proctor vizsgálatot használjuk-e viszonyítási sűrűségként. Német területen elterjedt a kisebb sűrűségű egyszerűsített Proctor-vizsgálat ( dmax ) alkalmazása. A viszonyítási sűrűségek körül tehát sok kérdés felmerülése várható, melyek a jelenlegi bizonytalanságot csak fokozni fogják. Minőségellenőrzési szempontból fontos lenne a pontos tömörség-mérés. Az izotópos tömörségmérés azonban ma legföljebb +/-5-6%-os pontosságú, mely a szigorú követelményeknek nem felel meg. A mérés véletlenszerű ingadozása igen magas. Az izotópos mérési módszer várhatóan a jövőben sem lesz pontosabb. A mérés sem egészségügyi, sem környezetvédelmi okokból nem előnyös. Alkalmazását szigorú jogszabályok rögzítik, ezért kiváltása hatalmas adminisztrális és költségcsökkentést eredményez. A német FGSV-561 nem is javasolja már e módszert, helyette az homokkitöltéses, térfogatos, azaz a régi négykézlábas módszereket alkalmazza, vagy a tömörséget a LFWD dinamikus teherbírás-mérés egyenletességéből következtetve próbálja meg helyettesíteni. Újabb lehetőség a CCC-módszer, mely a tömörítő hengerekre szerelt gyorsulásmérővel állapít meg több, a tömörödéssel kapcsolatban állónak vélt újabb jellemzőt. Fentiek miatt a dinamikus ejtősúlyos tömörségmérés gyakorlati előnye kiemelkedő. A magyar alkalmazási tapasztalatok igen kedvezőek. Alkalmazása az építést jelentősen megkönnyíti, rutinszerű döntéseket tesz lehetővé. A mért paraméterek alapján egyértelműen eldönthető, hogy kell-e (lehetséges-e) még további tömörítés, vagy nem. Magyarországon 2003 óta folyik kutatás a kistárcsás dinamikus tömörség- és teherbírásmérés berendezésének és mérési módszerének kialakítására és a rendszeres mérésre eddig már 14 laboratórium szerzett jogosultságot. Dinamikus tömörségmérés elmélete A tömörített rétegen egy súlyt ejtegetve a laboratóriumi Proctor-géppel egyező mértékű munkát végzünk a helyszínen, az adott víztartalmú rétegen. Az így meghatározott tömörséget helyi, relatív tömörségi foknak (CrE%) nevezzük. A B&C (Bearing Capacity & Compactnessrate Tester) egy olyan könnyű-ejtősúlyos mérőberendezés, melynek tárcsa átmérője 163 mm, a 70-75 cm magasságból ejtett 10 kg tömegű ejtősúly a tárcsa alatt 0,35 MPa dinamikus terhelést hoz létre. Ez szükséges ahhoz, hogy a szükséges tömörítési munka az ejtések során létrejöjjön, egyben pedig lehetőség arra, hogy a dinamikus modulust a szokásos 0,3 Mpa statikus terhelési tartomány közelében határozzuk meg (ne 0,1Mpa terheléssel, mint a jelenlegi LFWD). Az így meghatározott relatív (adott víztartalom mellett elért) tömörséget még az optimális víztartalomhoz, a wopt-hoz kell igazítani, hogy a hagyományos, száraz sűrűségek arányából számított tömörségi fokkal (Crd%) egyező legyen. A nedvességkorrekciós tényező Crw= ( di/ dmax)/100, melyet az alkalmassági vizsgálat során táblázatosan határozunk meg és a helyszínen mért víztartalomhoz tartozó értéket kiolvashatjuk. A nedvességkorrekciós tényező tehát a Proctor-görbe normalizált alakja. Mivel minden anyag Crw görbéjének maximuma =1,0 csak görbületük lesz változó. A dinamikus tömörségi fok Crd%= CrE%*Crw azaz a helyszíni relatív tömörség és a nedvességkorrekciós tényező szorzata. A természetes víztartalom mellett elért helyszíni 2
relatív tömörségi fok kizárólag a hengerlési munkától függ. A laboratóriumban betömörített minden Proctor-pont relatív tömörsége ezért 100%. A helyszínen a tömörítést az adott műszaki jellemzők mellett számított egyenértékű Proctor-munka eléréséhez 18 ejtéssel hozzuk létre. Fontos a nedvességkorrekciós tényező görbéjének (Proctor-görbe alakjának) minél pontosabb meghatározása, ezért a talajmintából az eddiginél több, 8-15 Proctor-pontot készítünk, melyből regressziós analízissel (!) másodfokú közelítéssel határozzuk meg a Proctor-görbe görbe, valamint a nedvességkorrekciós együttható egyenletét. Ilyet mutatunk be az alábbi ábrán. 1.sz. ábra Nedvességkorrekciós együttható görbéje egy iszapos homokra Trw-görbe (földmű, hom okliszt M7) y = -0,0016x 2 + 0,0292x + 0,8666 R 2 = 0,9586 1,00 0,95 Trw 0,90 0,85 0,80 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 w% A dinamikus tömörségmérési módszer lényeges eleme, hogy a Proctor-vizsgálattal azonos munkával a tömörítést mindig a helyszínen, az adott anyagon, újra és újra elvégezzük minden egyes mérésnél. Emiatt az inhomogén sűrűség jelentősége, az ez által okozott hiba eltűnik. Ez a dinamikus tömörségméréseket rendkívül biztonságossá és megbízhatóvá teszi. A relatív helyszíni tömörségi fokot az ejtésenként mért süllyedésekből határozzuk meg. Nyolc különböző elméleti módszert vizsgáltunk meg, mire a legalkalmasabbat kiválasztottuk. Ez egy Proctor-féle vizsgálat elméletéből levezethető összefüggés, melynek lényege, hogy azonos száraz tömegű minták, különböző víztartalommal nedvesítve, különböző hengermagasságra tömöríthetők be azonos munkával. Ezt Md=constans modellnek nevezzük. (Jelenleg a különböző nedvesített mintáknál az egyforma nedves térfogatot alkalmazzuk a Proctorvizsgálatban, azaz Vw=constans.) Az optimális víztartalomnál a legkisebb a henger magassága, azaz a legnagyobb az elért tömörség. A hengerek közötti magasságkülönbség süllyedésnek is tekinthető, ha az a tömörítési munka hatására jön létre a helyszínen. Mivel a süllyedés (magasság különbség) és a hengerek tömörségi foka szorosan összefügg, az azonos munkával létrehozott alakváltozásból a (kiinduló) tömörségi fok azonos módon számolható. A különbség a helyszíni mérés és a laboratóriumi Proctor vizsgálat hengerei között csak annyi, hogy a helyszínen nem a víztartalom miatt változik a henger magassága, hanem a tömörítési munka miatt. Ez azonban indifferens, mert a sűrűség a száraz sűrűség és térfogat aránya, azaz csak a tömörítési munka során létrejött magasságkülönbség függ a tömörséggel össze. A Proctor-vizsgálat ilyen felfogása bármelyik hagyományos mérésből számítható, egy példát az 2.sz ábrán mutatunk be (a piros oszlopok a Proctor-hengerek magasságainak különbségét, a kék oszlopok azok víztartalmát mutatják). 3
2.sz ábra Proctor hengerek magasságkülönbsége Md=contans esetén Gsz=const Dh-w% összefüggés 16 14 12 10 w % / mm 8 6 4 2 0 víztartalom w % 10,1 8,1 6,4 4,4 3,7 1,9 magasságkülönbség (mm) 1 2 3 4 5 6 14,732 4,727 0,000 1,165 1,165 3,529 A magasság különbségek (süllyedés) és a tömörségi fok lineárisnak vehető összefüggését minden Proctor-vizsgálatból egyedileg is meg lehet határozni. Több száz vizsgálatból a magyar előírás ezt =0,365+/-0,02 meredekséggel veszi figyelembe és jellemzőnek vehető. ELŐNYÖK Dinamikus tömörség független a sűrűségtől és inhomogenitásától A tömöségi fok és a süllyedés egyesített összefüggését megvizsgáltuk 10-10 mintán öt lényegesen különböző sűrűségű anyagnál, összesen 150 Proctor-mérési pont egyesített feldolgozásával (3. sz ábra). A lényeges anyagi és sűrűségi különbségek ellenére a alakváltozás-tömörségi fok összefüggés lineáris együtthatója Φ=0,3642-nek adódott R 2 =0,9967 regressziós együttható mellett (3. ábra). A relatív tömörség számítására kapott összefüggés CrE%=100- Φ*Dm ahol Dm deformációs mutató egy súlyozott átlag, a szomszédos ejtések süllyedéseinek különbsége az ejtések számával súlyozva és átlagolva. Az Md=constans Proctor-modell szerint feldolgozva a süllyedési adatokat és másodfokú összefüggéssel közelítve az összefüggés CrE%=70,8%-nál minimumot mutat R=1 regressziós együttható mellett, mely bármilyen víztartalomnál az elméletileg lehetséges legkisebb tömörségi fok, melyet a világon először van lehetőségünk egy elmélet alapján megadni. Ennél kisebb tömörség létrehozása tehát elméletünk szerint nem lehetséges. Professzor Kézdi szerint a relatív tömörség legkisebb értéke kísérleti úton többszöri próbálkozás ellenére eddig laboratóriumban nem volt meghatározható. 4
3.sz ábra Öt különböző sűrűségű anyag 150 proctor pontjának összefüggése Tömörségi fok és alakváltozás mm összefüggése n=150 db Tömörségi fok Trd% 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80 79 78 77 76 75 y = -0,3642x + 100 R 2 = 0,9967 y = 0,0013x 2-0,3934x + 100 R 2 = 1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Dm alakváltozás mm A dinamikus tömörségmérés magyar vizsgálati specifikációja (ÚT2-2.124) 2005-ben bevezette az egyszerűsített dinamikus tömörségmérés fogalmát. Korábban 18 ejtés kellett a dinamikus tömörség méréséhez, mely nem aratott osztatlan sikert a laboránsoknál. Az új módszer egyszerűsített üzemmódban a tömörödési görbe alakjától teszi függővé a még szükséges ejtések számát, a süllyedési görbe végérintőjének meredeksége figyelésével. Az első kilenc ejtés után kezdi figyelni a program a feltétel fennállását, teljesülésekor pedig az utolsó két pontból képzett meredekséggel képezi a hiányzó adatsort. Mivel a helyettesítéssel számított tömörségi fok kissé rosszabb, mint a teljes sorozattal számított, így az elhanyagolás a biztonság javára történik. A relatív tömörség alkalmazása az izotópos mérések ellenőrzésére A radiometriás tömörségmérés a mért nedves sűrűségből és a mért víztartalomból számítja a száraz sűrűséget, és ezt a Proctor-vizsgálattal meghatározott dmax viszonyítási sűrűséghez viszonyítja. Így határozzuk meg viszonyítási sűrűséggel és mért helyszíni sűrűségből a Cr % izotópos tömörségi fokot. Mivel Cr %=Crd% a CrE% és egyenlő a helyszíni relatív tömörség a Crw nedvességkorrekciós tényező szorzatával, ezért az izotópos sűrűségmérési eredményből is számítható a hengerlés hatékonyságát jellemző izotópos relatív tömörségi fok a CrEiz% = Cr % / Crw kifejezéssel. Ha az izotópos tömörségi fok mérések eredményeiből az osztással számítva 100%-nál nagyobb relatív tömörséget kapnánk, az csak hibás mérés lehetett. Ezért az izotópos mérési módszer amúgy is gyenge megbízhatóságának ellenőrzésére is kiválóan alkalmas e módszer. A mérési eredmények információtartalma Az új dinamikus tömörség mérési módszer nagy előnye, hogy a mért paraméterekből azonnal lehet tudni a helyszínen, hogy megfelelő-e a tömörség, vagy ha nem, akkor mit kell tenni. Kizárólag a hengerlés hatékonyságát mutatja az adott nedvességtartalom mellett jellemző relatív tömörség, ezért CrE%<97 esetén még érdemes néhány járattal rátömöríteni. Ehhez ráadásul nem kell ismerni az anyag Proctor jellemzőit sem. Ha tehát a tömörített réteg az optimális víztartalom környékén van, vagy csak gyártásközi jellegű vizsgálatot akarunk 5
végezni, úgy ez is elegendő információ a tömörítés hatékonyságára. A relatív tömörségi fokból a helyszínen minden más információ nélkül is meg lehet mondani, hogy a hengerlés hatékonysága milyen, tömöríthető-e még a réteg tovább, vagy sem. Kizárólag csak az anyag nedvességtartalmától függ a nedvességkorrekciós tényező, ezért már az alkalmassági vizsgálatkor megmutatja, hogy az adott wt természetes nedvességtartalom mellett legföljebb hány %-os tömörséget lehet elérni tökéletes hengerlés esetén is. Ha a Crw értéke mondjuk a mért wt% helyszíni víztartalomnál 0,922 akkor a Cr %=Crd% = CrE%*Crw miatt a hengerléssel elérhető legnagyobb CrE%=100% relatív tömörségi fok esetén is csak 92,2% tömörségi fok lehet, tehát például 95% semmiképpen sem teljesíthető. A nedvességkorrekciós tényezőből meg lehet mondani előre, hogy a bányászott, vagy beszállított, ismert víztartalmú anyag egyáltalán alkalmas lesz-e az adott tömörségi fok elérésére, vagy azt nedvesíteni, esetleg szárítani kell. Emiatt a nedvességkorrekciós tényező megadása az alkalmassági vizsgálat része kell legyen. A dinamikus tömörségmérésnél alkalmazott nedvességkorrekciós együttható görbéjének meghatározása rávilágított a Proctor vizsgálat jelenlegi gyengeségeire is. Nem 4-5, hanem több, 8-15 pontból kellene a Proctor-görbét meghatározni, továbbá a telítési vonalak meghatározása is mindig szükséges lenne. Az optimális víztartalomra a görbe nem feltétlenül szimmetrikus, mert a nedves ágon a beépítési víztartalmat a wp sodrási határ alá kell választani. A Proctor-görbét célszerű lenne regressziós analízissel meghatározni, másodfokú közelítéssel. A számításban (főleg kevés Proctor-pontnál) érdemes felvenni egy-két virtuális Proctor-pontot is az S=0,85 vagy 0,9 telítési vonalon, a mért legfölső víztartalom fölött. Ezek ugyanis jóval pontosabban számíthatók a hézag nélküli sűrűség ismeretében, mint ahogyan mérhetők, mert a mintából a víz hamar kifolyik. Viszonyítási sűrűség alternatívái Az új MSZ EN európai szabványok megjelenésével az eddig használt ρdmax viszonyítási térfogatsűrűség nem csak az EN13286-2 szerint, egyszerűsített-, vagy módosított Proctorvizsgálattal adható meg. Más modellhatású módszerek alkalmazása is lehetséges, mint például a vibrosajtolásos (EN13286-3), a vibrokalapácsos (EN13286-4), vagy a vibroasztalos (EN13286-5) viszonyítási térfogatsűrűség. Ezek összehasonlítása eddig még nem volt lehetséges, de bizonyosan elkerülhetetlen. Az amúgy is nagy pontatlanságú izotópos mérési módszer ezzel igen nagy dilemma elé kerül és várható, hogy a sűrűségi inhomogenitásra amúgy is érzékeny mérésben a több viszonyítási sűrűség miatt a káosz véglegessé válik. A kérdés fontos és abszolút gyakorlati, mert a fokozottan szigorodó minőségi elvárások miatt a tömörségben - és a teherbírásban egyre gazdaságtalanabbul kivitelezhető az előírt szigorú minőség. Jellemző a mai magyar autópálya építésekre (autópályák tenderelőírására), hogy a földmű felső 1m-es rétegére például Crd%>97% a tömörségi követelmény, módosított Proctor-vizsgálattal meghatározott viszonyítási sűrűség mellett. Számos kivitelező és laboratórium küzd hallatlan nehézségekkel a szigorú előírások teljesítésére. Tömörségmérési módszerek összehasonlítása Az M7 Zamárdi Balatonszárszó projekt több szakaszán lehetséges volt a kölönböző mérési módszerek összehasonlítása. A kivitelező STRABAG laboratóriuma a H-TPA Kft volt. Párhuzamos mérésekben részt vett az Andreas Kft Laboratóriuma és kontroll méréseket végzett egy kijelölt független minőségellenőrző laboratórium, az ÁKMI is. Előzetes geotechnikai szakvéleményt adott a szakaszra a Budapesti Műszaki Egyetem Geotechnika 6
Tanszéke (Dr Farkas József professzor úr), elemző laboratóriumi vizsgálatokat végzett a Budapesti Műszaki Egyetem Építőanyagok laboratóriuma (mésztartalom vizsgálat). Kiszúróhengeres és homokkitöltéses méréseket a Mélyépítő Laboratórium végezte, a CEMKUT Kutató Intézet mikroszkópos felvételekkel segített a kutatást. A KTMF Győri Egyetem Geotechnikai laboratóriuma (Dr Szepesházi Róbert úr) a párhuzamos talajazonosító vizsgálatok elvégzésében segített és szakértői segítséget nyújtott. A csapatmunka során létrehozott igen jelentős adatbázist a METROBER független Mérnök minőségellenőrzése foglalta össze. A víztartalmat laboratóriumi szárításos és T-90 Trident (USA) műszerrel történő helyszíni víztartalom méréssel is meghatároztuk. A mért dinamikus tömörségi fok átlaga 94,1%+/-2,7%, míg az izotópos mérések átlaga ezzel jól egyezően 94,4%+/-2,5% volt. Az izotópos mérésekből számított relatív tömörség átlaga 96,8%, öt esetben 100% körüli, vagy magasabb értéket mutat, ami a véletlenszerűen megjelenő izotópos mérési hibák felső szekciójára utal (a táblázatban ezeket dőlt számokkal jelöltük). A dinamikus mérések relatív tömörségének átlaga 96,4% volt. Jellemző, hogy amíg az izotópos mérés eredménye véletlen ingadozást mutat, a dinamikus tömörség-mérés reális tömörödési görbéje miatt mindig meggyőzőbbnek bizonyult. Tömörségmérés pernyetöltésen, kohósalak anyagokon A hulladékanyagok, másod-nyersanyagok újrafelhasználása a mélyépítésben is terjed. Közismert, hogy a tömörségi fok meghatározása pernyetöltésen annak igen alacsony sűrűsége miatt nagy nehézségekbe ütközik. A dinamikus tömörségmérési módszer eddig minden gyakorlati próbát kiállt, így olyan helyeken is, ahol a tömörséget az izotópos mérési módszer egyáltalán nem volt képes meghatározni. Ilyen volt a pernyetöltés és esetenként a meszes stabilizációkon való tömörségmérés is. Példaként említjük a H-TPA Laboratóriumának mérését a 35-ös gyorsforgalmi út építésén, pernyetöltésen, ahol kiszúró hengerrel és dinamikus tömörség méréssel lett a tömörségi fok meghatározva. Az izotópos mérést elvetették, mert 135% körüli értéke miatt a labor jegyzőkönyvet sem tudott kiadni. Ezzel szemben a kiszúró-hengerrel meghatározott tömörségi fok 98,3+/-3,2%(?!), a B&C berendezéssel mért dinamikus tömörségi fok pedig jóval jellemzőbb 91,7+/-1,2% volt. A kohósalakos beépítések szintén ellenőrizhetetlenek a tömörség szempontjából, mert sűrűségi inhomogenitásuk olyan nagy. A kiszúró-hengeres vizsgálat itt nem jöhet szóba a nagy méretű zúzott anyagszemcsék miatt. A homokkitöltéses, vagy víztérfogatos módszer nehézkes (négykézlábas), és nagyban függ a viszonyítási sűrűségtől. Az ilyen anyagokból nehéz a viszonyítási sűrűséghez szükséges Proctor-vizsgálat elvégzése is és a nedves ágon nem is pontos, mert a víz a mintából mindig kifolyik. A telítési vonalak meghatározása, vagy az ezeken felvett virtuális pontok segíthetnek a Proctor-görbe valóságos alakjának jobb megközelítésében. Statikus és dinamikus teherbírási modulusok összefüggése Az utóbbi időben számos publikáció foglalkozott a p=0,1 MPa terhelésű LFWD mérések dinamikus modulusainak és a statikus terheléssel mért modulusok összehasonlításával. Jelen szakaszokon 300mm-es tárcsával nem mértünk LFWD-vel, csak 163mm-es, úgynevezett kistárcsás B&C tipusú SP-LFWD-vel (Small-Plate Light Falling Weight Deflectometer). Ez utóbbi összehasonlítása a statikus modulussal azért is érdekes volt, mert a p=0,35 MPa tárcsa alatti terhelése a statikushoz hasonló. 7
A 3. táblázatban az E v2 statikus modulusok és az E vds dinamikus teherbírási értékeit foglaltuk össze. Korábban is feltűnő volt, hogy a p=0,35 MPa tárcsa alatti terhelésű kistárcsás dinamikus teherbírás mérés sokkal jobb egyezőséget mutat a statikus E v2 modulus értékével, mint a nagytárcsás (p=0,1 MPa tárcsaterhelésű) E vd értéke. Itt kell megjegyezzük, hogy minden dinamikus mérésnél a helyszíni víztartalmat is mérni kellene, mert S=0,9 telítettség felett a 18 ms-os terhelésű ejtés elől a víz nem tud kitérni. Azaz, amikor a rendszerben nincs elég eltávolítható levegő, akkor az ütés hatására a víz nem fog eltávozni és ezért a műszer kisebb alakváltozást, azaz nagyobb és emiatt hamis dinamikus modulust mér. Emiatt szükségesnek tartjuk a mérési specifikáció szigorú betartását és a helyszíni víztartalom mérését. A B&C dinamikus berendezéssel történő mérést szabályozó 2005 évi módosításban további újdonság, hogy bevezettük a dinamikus végmodulus (Ed-end), és a mértékadó dinamikus végmodulus fogalmát, mely a dinamikus tömörség meghatározásához szükséges 18 ejtés utolsó három ejtésének átlagát veszi figyelembe, mint a betömörödött állapotra jellemző dinamikus modulust. Ezzel összehasonlítva a hagyományosan 4-5-6 ejtésből képzett Ed dinamikus modulussal következtethetünk a teherbírás pillanatnyi és kialakítható értékére, illetve az E2 statikus modulussal való összehasonlítás feltételeinek fennállására. Az eddigi mérések során ugyanis ismeretlen volt előttünk, hogy a második ejtési sorozatból meghatározott süllyedési amplitúdó a tömörödési görbe elején, közepén, vagy végén helyezkedik-e el és csak feltételeztük, hogy az előterheléssel a kellő tömörödés létrejött. Megjegyezzük, hogy a Ev2 statikus teherbírás mérés is azért alkalmaz két felterhelést, hogy biztosítsa a tömörödést az első terheléssel. 8
Izotópos- és dinamikus tömörségmérés H-TPA labor Kontroll ÁKMI Andreas No Réteg Talaj cm Dátum CrE%iz és Trρ%iz Trd % TrE CrE%iz és Trρ%iz Trd % TrE TrE Trd % 1 altalaj iszapos homok - 2005.01.19 97,6 87,5-85,0-94,0 85,9 85,0-97,0-98,0 2 töltésalap Homokoskavics 20 2005.01.19 95,2 92,3 ± 1,9 88,8 ± 4,1 90,8 93,0 93,0-91,0-91,0 92,2 90,0 ± 1,6 3 altalaj iszapos homok - 2005.04.06 96,4 96,2 ± 3,3 97,5 ± 0,5 97,5 97,0 96,0 ± 0,8 96,0 ± 2,3 98,7 97,8 97,2 ± 0,6 7 altalaj iszapos homok - 2005.05.23 102,1 100,4 ± 1,5 96,3 ± 4,2 98,2 98,2 96,8 ± 2,6 8 altalaj iszapos homok - 2005.05.23 95,9 94,5 ± 1,9 95,7 ± 1,7 97,2 97,2 95,7 ± 1,7 9 töltés iszapos homokliszt 25 2005.05.30 95,3 94,5 ± 3,4 97,8 ± 1,2 99,0 98,0 97,2 ± 1,3 10 védőréteg hajmáskéri M50 28 2005.05.30 92,5 90,5 ± 1,1 91,0 ± 1,5 92,7 92,4 90,3 ± 1,3 11 védőréteg hajmáskéri M50 + töm 28 2005.05.30 96,9 92,7 ± 1,0 94,3 ± 1,0 98,1 96,7 92,5 ± 0,1 12 védőréteg hajmáskéri M50 45 2005.05.30 92,6 92,0 ± 1,7 96,5 ± 0,7 96,9 95,9 95,1 ± 0,8 13 védőréteg hajmáskéri M50 70 2005.06.02 102,2 93,0 ± 1,7 87,0-96,0 97,4 93,8 ± 0,8 14 védőréteg hajmáskéri M50 újramér 70 2005.06.29 92,6 92,0 ± 1,7 95,5 ± 1,2 96,1 97,1 96,5 ±2,4 15 védőréteg hajmáskéri M50 + töm 70 2005.06.29 98,6 96,2 ± 0,6 94,5 ± 0,9 96,9 97,4 95,0 ±0,7 16 védőréteg hajmáskéri M50 90 2005.06.29 96,0 96,0-94,0-94,0 17 védőréteg hajmáskéri M50 + töm 90 2005.06.29 96,7 96,3 ± 0,7 96,2 ± 0,8 96,7 18 védőréteg hajmáskéri M50 110 2005.06.29 96,0 95,0-95,0-96,7 19 védőréteg hajmáskéri M50 + töm 110 2005.06.29 99,2 97,2 ± 0,6 95,7 ± 1,0 97,5 20 védőréteg hkéri0/50+talaj keverék 20 2005.06.02 102,3 98,0 ± 1,0 93,0 ± 1,0 97,2 97,2 93,1 ±1,0 21 védőréteg hkéri0/50+talaj keverék 40 2005.06.02 101,4 98,5 ± 0,9 95,2 ± 1,1 97,7 97,9 95,1 ± 0,9 22 töltéstest bevágási anyag 25 2005.06.29 92,7 91,8 ± 2,2 97,1 ± 0,9 98,1 23 töltéstest bevágási anyag 25 2005.06.29 93,4 92,8 ± 1,4 96,7 ± 0,5 97,5 97,0 96,0 ± 0,8 Átlag: 96,8 94,4 94,1 96,4 92,0 91,3 94,7 95,9 96,6 94,6 szórás: 3,3 3,1 3,5 2,1 5,6 5,7 3,2 4,3 1,9 2,4 min: 92,5 87,5 85,0 90,8 85,9 85,0 91,0 91,0 92,2 90,0 max: 102,3 100,4 97,8 99,0 97,0 96,0 97,0 98,7 98,2 97,2 Db.: 20 20 20 20 3 3 3 3 14 14 M90±: 2,7 2,5 2,9 4,6 4,7 2,6 3,5 1,6 1,9 Új módszer a tömörségmérésre dinamikus könnyű-ejtősúlyos berendezéssel
2.sz táblázat Víztartalmak mérési eredményei H-TPA labor Kontroll ÁKMI Andreas No Réteg Anyag Dátum wiz wsz wtr Wopt dmax Wiz wsz wtr wsz wtr 1 altalaj iszapos homok 2005.01.19 14 14 8,9 2,03 13,2 9,7 2 töltésalap homokoskavics THK 0/32 2005.01.19 4,5 4,5 6,6 2,11 3,2 4,0 3 altalaj iszapos homok 2005.04.06 10,7 8,9 7,6 11,4 1,99 8,9 7,4 8,6 7,6 4 töltés iszapos homokliszt 2005.04.06 9,4 8,2 5,9 10,0 1,90 7,8 10,1 8,5 9,2 5 töltés iszapos homokliszt 2005.04.06 9,6 10,8 8,5 10,0 1,90 8,4 8,8 7,7 6 töltés iszapos homokliszt+vizez 2005.04.06 9,4 9,3 5,9 10,0 1,90 7 altalaj iszapos homok 2005.05.23 10,8 11,9 2,00 10,8 10,0 8 altalaj iszapos homok 2005.05.23 13 13 13,2 9 töltés iszapos homokliszt 2005.05.30 10,8 10,1 11,9 1,89 10,8 10,4 10 védőréteg hajmáskéri M50 2005.05.30 4,1 5,2 2,32 4,1 3,1 11 védőréteg hajmáskéri M50 + töm 2005.05.30 3,5 5,2 2,32 3,5 3,5 12 védőréteg hajmáskéri M50 2005.05.30 4,4 5,2 2,32 4,4 3,5 13 védőréteg hajmáskéri M50 2005.06.02 1,6 5,2 2,32 1,6 1,2 14 védőréteg hajmáskéri M50 újramér 2005.06.29 3,2 3,2 0,8 5,2 2,32 3,2 2,9 15 védőréteg hajmáskéri M50 + töm 2005.06.29 1,9 5,2 2,32 1,9 3,2 16 védőréteg hajmáskéri M50 2005.06.29 4 3,5 4,6 2,24 17 védőréteg hajmáskéri M50 + töm 2005.06.29 5,2 3,9 4,2 2,24 18 védőréteg hajmáskéri M50 2005.06.29 5,3 4,6 2,24 19 védőréteg hajmáskéri M50 + töm 2005.06.29 4,3 2,1 4,6 2,24 20 védőréteg hkéri0/50+talaj keverék 2005.06.02 3,1 5,3 2,27 3,1 4,1 21 védőréteg hkéri0/50+talaj keverék 2005.06.02 3,5 5,3 2,27 3,5 4,6 22 töltéstest bevágási anyag 2005.06.29 11,7 9,3 10,3 1,91 23 töltéstest bevágási anyag 2005.06.29 9,9 9,5 10,3 1,91 9,3 11,3 átlag: 7,8 6,3 7,2 8,3 8,8 6,3 6,4 szórás: 3,5 3,7 3,9 3,6 1,9 3,7 3,6 min: 3,2 1,6 0,8 3,2 7,4 1,6 1,2 max: 14,0 13,0 14,0 13,2 10,1 13,0 13,2 10 Új módszer a tömörségmérésre dinamikus könnyű-ejtősúlyos berendezéssel
db.: 13 20 8 5 2 15 17 11 Új módszer a tömörségmérésre dinamikus könnyű-ejtősúlyos berendezéssel
A Proctor-vizsgálat reprezentativitása A Proctor-vizsgálat során meghatározott, száraz sűrűség víztartalom pontokat általában egyszerűen összekötik. Többnyire 4-5 pont meghatározása szokásos. Bemutatunk egy általunk vizsgált iszapos homok anyagot, melynek szemeloszlása egyenletes és azonosnak mondható, mégis igen nagy szórást mutat e szempontból. Több laborral meghatároztattuk a dmax legnagyobb száraz sűrűséget. A mellékelt ábrán mutatjuk be a kapott Proctor-pont halmazt, a dmax ismételhetőségét. Megállapítható, hogy a Proctor-pontok szórása teljesen természetes vizsgálati jelenség. Nem a laboráns, vagy labor hibája, hanem a vizsgálati módszer és legfőképpen az anyag jellemzője, ezért további vizsgálatra mindenképpen érdemes. Iszapos homokliszt y = -0,0019x 2 + 0,0407x + 1,6405 R 2 = 0,5765 2 1,95 1,9 1,85 ró dmax 1,8 1,75 1,7 1,65 1,6 1,55 1,5 0 5 10 15 20 25 30 összes HTPA w% ÁKMI INNOTESZT SZMF Polinom. (összes) 12
Teherbírás eredmények értékelése H-TPA labor Kontroll ÁKMI Andreas No Réteg Anyag Dátum E1 E2 Tt EdM E1 E2 Tt EdM EdM 1 Altalaj iszapos homok 2005.01.19 32 54-1,7-144 - 30 50 1,7 133 219-2 Töltésalap homokoskavics THK 0/32 2005.01.19 17 62-3,6-74 ± 24 15 54 3,6 64 76 ± 26 3 Altalaj iszapos homok 2005.04.06 28 ± 2,6 42 ± 1,0 1,5 ± 0,2 59 ± 3,8 29 51 1,8 53 ± 15,2 48 ± 4,9 4 Töltés iszapos homokliszt 2005.04.06 18 ± 2,6 32 ± 3,4 1,8 ± 0,4 37 ± 4,8 25 ± 7,8 40 ± 9,3 1,6 ± 0,2 38 ± 6,8 35 ± 3,2 5 Töltés iszapos homokliszt 2005.04.06 25 ± 10,1 34 ± 7,0 1,4 ± 0,3 28 ± 13,5 28 43 1,5 31 ± 7,0 33 ± 3,4 6 Töltés iszapos homokliszt+vizez 2005.04.06 18,3 ± 3,5 32 ± 6,1 1,8 ± 0,4 38 ± 3,6 7 Altalaj iszapos homok 2005.05.23 37 ± 8,7 61 ± 12,1 1,7 ± 0,1 76 ± 30,8 77 ± 30,5 8 Altalaj iszapos homok 2005.05.23 30 ± 3,8 49 ± 4,8 1,7 ± 0,1 60 ± 21 60 ± 21 9 Töltés iszapos homokliszt 2005.05.30 25 ± 4,5 63 ±13,4 2,5 ± 0,1 110 ± 8,7 93 ± 17,7 10 Védőréteg hajmáskéri M50 2005.05.30 20 ± 1,0 77 ± 8,7 3,8 ± 0,5 72 ± 4,6 71 ± 7,2 11 Védőréteg hajmáskéri M50 + töm 2005.05.30 30 ±17 80 ± 20 2,9 ± 1,4 102 ± 27 111 ± 34 12 Védőréteg hajmáskéri M50 2005.05.30 29 ± 6,1 83 ± 7,2 3,0 ± 0,6 92 ± 6,1 79 ± 5,8 13 Védőréteg hajmáskéri M50 2005.06.02 82 73 ± 7,1 14 Védőréteg hajmáskéri M50 újramér 2005.06.29 36 ± 15 97 ± 7,8 2,8 ± 0,9 120 ± 24,6 94 ± 19,8 15 Védőréteg hajmáskéri M50 + töm 2005.06.29 29 ± 3,0 90 ± 5,1 3,2 ± 0,3 82 ± 6,3 84 ± 5,7 16 Védőréteg hajmáskéri M50 2005.06.29 16 70 4,4 76 17 Védőréteg hajmáskéri M50 + töm 2005.06.29 40 ± 8,9 94 ± 6,0 2,5 ± 0,6 92 ± 3,8 18 Védőréteg hajmáskéri M50 2005.06.29 88 19 Védőréteg hajmáskéri M50 + töm 2005.06.29 30 ± 3,2 88 ± 4,9 2,9 ± 0,2 75 ± 5,5 20 Védőréteg hkéri0/50+talaj keverék 2005.06.02 32 ± 4,5 82 ± 9,0 2,6 ± 0,5 97 ± 16,7 108 ± 29,2 21 Védőréteg hkéri0/50+talaj keverék 2005.06.02 38,7 ± 4,3 96 ± 6,0 2,5 ± 0,3 116 ± 11,9 116 ± 11,9 22 Töltéstest Bevágási anyag 2005.06.29 29 ± 14,5 46 ± 24,9 1,6 ± 0,1 44 ± 3,3 23 Töltéstest Bevágási anyag 2005.06.29 27,5 ± 7,1 46 ± 10,3 1,7 ± 0,2 38 ± 4,9 45 ± 5,3 átlag: 65,6 78,3 83,7 szórás: 22,0 29,6 43,0 min: 32,0 28,0 33,0 max: 96,7 143,5 219,0 13
Ugyanennek a mintának a szemeloszlását is meghatároztuk a többszöri Proctor-vizsgálat során. Az azonos víztartalmú mintából ötször egymás után, ugyan azon a mintán elvégezték a módosított Proctor-tömörítést a Proctor-edényben, majd ezután egyenként meghatározták a minták szemeloszlását. A <0,02mm részbe leaprózódott anyag 25,6%-os szignifikáns növekedést mutatott az eredeti szemeloszláshoz képest. A viszonyítási sűrűség egyes anyagoknál tehát erősen ingadozó lehet, mert maga a tömöríthetőségi vizsgálat úgy változtatja meg a mintát, hogy annak tömöríthetősége is emiatt megváltozik. Ez jellemző például a pikkelyes-lemezes szemcsékre, muszkovitos homokra, vagy ami hasonló, lapos szemcsék töredezését feltételezi. A hatásra jellemző, hogy az öt vizsgálat alatt a tömörségi fok csak a viszonyítási sűrűség miatt (1,90 1,97) 4 tömörségi fok%-kal csökkent. Iszapos homokliszt M7 Zamárdi 125+160 kmsz (Proctor-v izsgálat előtt és után) 100 90 Előtte 1 Előtte 2 átesett tömeg% 80 70 60 50 40 30 20 10 Előtte 3 Előtte átlag Utána 1 Utána 2 Utána 3 0 1,000 0,100 0,010 0,001 Utána átlag szemcseméret mm Mikroszkópos vizsgálatokkal kimutathatók a lemezes szemcsék, míg az azonos anyagon ismételt tömöríthetőségi vizsgálat és a hidrometrálás a leaprózódási hajlamot mutatja jól ki. Az ugyan azon a mintán ismételten elvégzett Proctor-vizsgálatok görbéi jól bemutatják a 14
végbement folyamatot, mert egyre magasabbra nyomulnak. A tényleges viszonyítási sűrűséget e görbék alapján úgy lehetne meghatározni, hogy az első leaprózódás alá kellene egy görbét számítani, a többi emelkedésének átlagában. 1,98 1,96 1,94 1,92 rd g/cm3 1,90 1,88 1,86 1,84 1,82 1,80 5 7 9 11 13 15 w% 1xbetüve 2xbeütve 3xbeütve 4xbeütve 5xbeütve Összefoglalás Az új dinamikus könnyű-ejtősúlyos tömörség- és teherbírás mérő berendezés és a most kidolgozott dinamikus tömörségi fok számításának elmélete lehetővé teszi, hogy a tömörödési görbe meghatározásával a tömörséget végre a süllyedéssel jellemzett tömörödéssel mérjük. A dinamikus modulust a statikus teherbíráshoz hasonló tárcsa alatti terheléssel méri, ezért annak eredményei a statikus teherbírás méréssel az S=0,9 telítettség alatt jól egyeznek. A mérési módszer pontossága +/-2% belüli, mely az eddigi tömörségmérési módszerekhez képest kiemelkedő. A mérés nem érzékeny a sűrűségingadozásra, ezért minden olyan anyagnál alkalmazható, amelyik a tömörítés hatására még alakváltozással reagál. A dinamikus tömörségmérési módszer alkalmazása jelentősen megnöveli a földművek és más szemcsés anyagrétegek minőségellenőrzésének hatékonyságát, megbízhatóságát. Lehetővé teszi a valós állapothoz közelebb álló mérési eredmények megismerését, egy pontosabb és megbízhatóbb minősítési mód alkalmazását. A B&C mérőeszközzel két mérés végezhető, míg a berendezés ára nem éri el az izotópos berendezés beszerzési és fenntartási költségét sem. Egészséget, valamint a környezetet feleslegesen szennyező izotópos műszer kiváltására alkalmazható. A módszer európai szabadalommal védett és 2003-ban a Genfi Találmányi kiállításon aranyérmet kapott. Szakirodalmi Jegyzék ÚT 2-3.103 ÚT 2-2.124 MSZ 14703-7 MSZ 2509-3 MSZ EN 13286-1 MSZ EN 13286-2 15
MSZ EN 13286-3 MSZ EN 13286-4 MSZ EN 13286-5 FGSV 516 16