Infrastruktúra földművek Jegyzet ábrák nélkül

1 Infrastruktúra földművek Jegyzet ábrák nélkül A jegyzethez tartozó ábrák a ppt előadások tartalmazzák, melyek ugyancsak a tanszéki honlapon találhatók meg. 2011. november

2 1. BEVEZETÉS, FÖLDMŰVEK OSZTÁLYOZÁSA 1.1. Bevezetés A talaj egyrészt teherviselő anyag, másrészt építőanyag is. Amikor a talajból építkezünk, akkor földmunkát végzünk. A földből készült szerkezeteket földműveknek nevezzük. A földművek sajátos viselkedése teszi szükségessé, hogy részletesen foglalkozzunk a töltések és bevágások vizsgálatával. 1.2. Földművek osztályozása A talaj nem csak teherbíró szerkezetként szolgál különböző építményeknél, hanem maga is szerkezetei- és építési anyag. Földmunka Bevágás Töltés Víz alatti Depónia Vizet tartó Közlekedési Zagygátak Nagy gátak Árvízvédelmi gátak A földművek vizsgálata a földművek állékonysága, a katasztrofális következmények miatt fontos.

3 2. FÖLDMŰVEK FELTÁRÁSA Cél: az altalaj és töltés építőanyag megismerése. Előzetes feltárás: új földmű tervezése, illetve a meglévő földmű feltárása. Helyszíni és laboratóriumi vizsgálatok előnye és hátránya, egymásra épülése, egymás kiegészítése. Helyszíni vizsgálatok előnye: folyamatos képet kaphatunk a vizsgált talajrétegek állapotáról, nincs fúrás, mintavétel a talajt természetes állapotában lehet vizsgálni, hasznos kiegészítő információ a talajállapotról. Helyszíni vizsgálatok hátránya: nem helyettesíti a közvetlen mintavételt és laboratóriumi vizsgálatot, csak az adott feszültségállapot mellet lehet vizsgálni a talajt. Nemzetközi viszonylatban is jellemző a talajmechanikai vizsgálatokra, hogy egyre többet végeznek helyszínen (in-situ), a talajok jellemző és kívánt paramétereit természetes körülmények között határozzák meg, ezzel elkerülve a talaj többszöri megzavarását, a talajminta a mintavételi, szállítási sérülését, stb. Különböző tervfokozatok eltérő feltárási részletességet igényelnek. Az alacsonyabb szintű (korai) tervfokozatoknál, ahol a terület alkalmassága a kérdés, a nagyléptékű ismeretek a meghatározóak, ott inkább a geológiai megközelítés dominál, a megvalósuláshoz közeledő tervfokozatoknál, ahol a létesítmény viselkedése kerül előtérbe, ott a mérnöki, a geotechnikai megközelítés az erősebb. Helyszíni vizsgálatok csoportosítása: közvetlen feltárások, kis- és nagyátmérőjű fúrással (száraz magmintavétellel vagy öblítéssel) illetve feltáró aknák. szondázások, a laboratóriumi méréseknek megfelelő vizsgálatok, geofizikai mérések, a talajok egyéb fizikai tulajdonságaiból következtetnek a talajmechanikai tulajdonságokra, építési folyamat ellenőrzése, monitoring, ami építés előtti, alatti és utáni méréssorozat jelent az igényeknek megfelelően. Vonalas földművek feltárását legalább két ütemben célszerű elvégezni. Az első ütemben a vonalas földmű tengelyében egy gyors vizsgálattal, például felszínközeli geofizikai méréssel meg kell határozni az azonos altalaj szakaszokat. Ezeken az azonos altalaj szerkezetű szakaszokon kell a második ütemben pontosító vizsgálatokat végezni. Butaság az előre elhatározott 500 méterenkénti vagy kilométerenkénti fúrás, mert lehet, hogy több olyan szakasz is kiesik az ismeretből (pl. 50 m hosszú tőzeges rész), ami pedig fontos lehet.

4 A talajfizikai jellemzők laboratóriumi meghatározásának meg vannak a helyszíni megfelelői. Meghatározott paraméter Laboratóriumi vizsgálat Helyszíni vizsgálat Összenyomódási modulus Ödométeres vizsgálat Tárcsás próbaterhelés, presszióméteres vizsgálat Áteresztőképességi együttható Nyírószilárdsági paraméterek 2.1. Közvetlen feltárás Állandó vagy változó víznyomású készülékkel történő vizsgálat, ödométeres vizsgálattal, szemeloszlási görbéből számítással Egyirányú nyomó-, közvetlen nyíró- és triaxiális nyomóvizsgálat Nyeletéses vagy szivattyúzásos módszerek, Khafagi-szonda, Menardszonda, nyomjelző anyagos vizsgálatok Nyomó- és verőszondázások, szárnyas nyírószondázás A közvetlen feltárások célja: olyan minőségű talaj- és kőzetminták vétele, amelyek alapján megítélhető a helyszín általános geotechnikai alkalmassága, lehetővé teszik a szükséges talaj- és kőzetfizikai jellemzők laboratóriumi meghatározását; információszerzés az egyes rétegek, tagoltsági rendszerek és vetők szerkezetéről, vastagságáról és irányáról; a rétegek típusának, összetételének és állapotának megállapítása; információszerzés a talajvízviszonyokról, vízmintavétel a talajvíz, talaj, kőzet és szerkezeti anyagok közötti kölcsönhatás megítéléséhez; Száraz fúrás szerszámai és mintavétel (talaj, kőzetfüggő) spirálfúrás, zavart minta, folyamatos spirál és szakaszos száraz magmintavétel belső üreges spirálfúrás (Holow Stem Auger), zavart minta és száraz magmintavétel (szakaszos és folyamatos) egyfalú magcső, szakaszos magminta, se nem zavart, se nem zavartalan A rotari fúrás vízöblítéssel történik, a kikerülő talajmintának sem a szerkezete, sem a víztartalma nem tekinthető megfelelőnek. A rotari fúrófej még a kemény kőzetet is összedarálja. Rotary folyamatos magfúrás, iszapöblítéssel dupla falú magcsővel, általában geológiai kutatásra, a magminta, ásványi összetétele a lényeges, kevésbé alkalmas geotechnikai laboratóriumi vizsgálatra tripla falú magcsővel (Wire Line), geotechnikai kutatásra 1980 óta bagdadi metrónál először. Előnye, hogy legkevésbé roncsolja a mintát, alakváltozást korlátozza, min 95 % magkihozatal, magvédelem, tárolhatóság. 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).

5 Alkalmasság a mintavételre ( a fúrás elakadt kifejezés elkerülése a fúrási naplóban), a forgatónyomaték, a forgatási sebesség, az emelő képesség és a mintavételezési módszerének összhangja. Terepjáró képesség, helyszíni nehéz terepviszonyok, építési területek, országúti közlekedés. Gyorsaság, összsúly, felvonulás, súlykorlátozások. Megbízhatóság, gazdaságosság határidő. 1. táblázat 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 Fúrógép választás, rudazat választás és fúrófej választás szempontjai. 2.1.1. Helyszíni vizsgálatok árvízvédelmi gátaknál A magyarországi gátak vizsgálata során többségében kis átmérőjű (0,04 0,09 m), ritkábban nagy átmérőjű (0,10 0,25 m) fúróberendezéseket használnak a feltárásra. Szemcsés talajokból (kavics, homok) való magvételre ma még nincs általánosan elterjedt módszer, ugyan kialakultak különböző eljárások: pl. fagyasztás és a magcső talpának elzárása, azonban ezek is lehetnek hibákkal terheltek. Szemcsés talajokat általában az ún. iszapoló eljárással fúrják, ami nemcsak az eredeti víztartalom teljes megváltozásával jár, hanem sok esetben a szemeloszlásban is lényeges változásokat okozhat. Számos műszaki kérdés vizsgálata során pedig éppen a durvább szemcsék között találhatók esetleges egészen vékony településű, finomabb összetételű, viszonylag vízzáróbb rétegek, melyek megléte döntő jelentőségű lehet. 2.2. Szondázások A szondázások előnyei:

6 gyors, folyamatos képet ad, reprodukálható. Ugyanakkor sok esetben mást mér, mint amire kíváncsiak vagyunk, ezért nagy szerepe van a pontos értékelésnek. A legfontosabb szondázási módszerek a következők (meg kell jegyezni, hogy egyes országokban kisebb eltérések lehetnek a gép felépítésében, a vizsgálat végrehajtásában és az értékelésben): SPT Szabványos behatolási vizsgálat (Standard Penetration Test), CPT Statikus nyomószondázás (Cone Penetration Test), DP Dinamilus szondázás (Dynamic probe), DMT Lapdilatométer vizsgálat (Flat Plate Dilatometer Test), PMT Összenyomódás vizsgálat (Pressuremeter Test), VST Szárnyas nyírószondázás (Vane Shear Test), Áteresztőképesség meghatározásának szondázásos módszerei. 2.3. Geofizikai vizsgálatok A geofizikai mérés közvetett vizsgálat, teljesen mást mér, mint amire kíváncsiak vagyunk, ezért nagy szerepe van a pontos értékelésnek, a mért illetve a keresett talajjellemző közötti összefüggésnek. Rendszerint kalibráló, vagy un. pillérfúrásokra van szükség. A geofizikai mérések előnyei: gyors, roncsolásmentes, folyamatos képet ad, reprodukálható. A geofizikai mérést a vizsgált terület talajviszonyai, a feladat és a rendelkezésre álló hely alapján kell első sorban alkalmazni. 2.3.1. Geofizikai mérések árvízvédelmi gátaknál A magyar árvízvédelmi gátak vizsgálatánál a geofizikai méréseknek nagy hagyománya van. Négyelektródás geoelektromos méréssel elkészült a 4200 kilométer árvízvédelmi fővédvonal előzetes felmérése, 20 25 méterenkénti függőleges szelvény felvétele négy behatolási mélységgel. A további vizsgálatok célja a földmű makro-szerkezetének jobb megismerése, tomográf mérések végzése lehet. A tomográfos vizsgálatok eredményeként ki kell emelni, hogy olyan károsodáshoz vezető jelenségeket (diszperzitás, töltés repedés) sikerült feltárni, melyeket korábban más módszerekkel nem lehetett. Túl léphetünk tehát azon, hogy bizonyos jelenségek várható helye nem mutatható ki előre csak akkor, amikor az a jelenség már bekövetkezett. A kísérleti vizsgálatok alapján a következő megállapítások tehetők: Geoelektromos méréssel a diszperz talajok kimutathatóak, ill. geoelektromos hosszszelvény alapján azonosíthatóak.

7 A topografikus korrekció fejlesztésével egy, a valósághoz jobban illeszkedő keresztmetszeti eredményt szolgáltat. Keresztszelvény vizsgálatoknál az optimális elektróda kiosztás 0,5 m körüli. Töltésrepedés vizsgálatnál, bár a repedés hálózatot kimutatni nem lehet a sós víz feltöltéses vizsgálatokkal, a repedések tartománya és kiterjedése egyértelműen azonosítható. Az elektromos tomográf vizsgálatok alkalmazása árvízvédelmi gátaknál a fejlett világot tekintve is élenjáró volt a 90-es évek elején. További feladatok: az észlelt árvízi jelenségek azonosítása, az árvízvédelmi gátak hibáinál alapozó mérések végzése, az árvízvédelmi gátakban kialakult szivárgások azonosítása, vagyis árvízi jelenség orientált mérések végzése. 2.3.2. Geofizikai mérések vasúti földműnél Különleges igényként jelentkezik olyan mérési módszer illetve mérő berendezés alkalmazása, mely nem jelent tartós pályazárást, vagyis haladó vasúti járműről végezhető. Igy elsősorban a talajjal közvetlen kontaktust nem igénylő módszerek jönnek szóba. 2.4. Az áteresztőképességi együttható Az áteresztőképességi együttható a szemcsés közegen (talajon) laminárisan áthaladó folyadék (víz) sebessége és a mozgást kiváltó (fenntartó) viszonyított energia-szintkülönbség (dh/dl) közötti lineáris arányosságot megadó, sebesség dimeziójú mennyiség. A leírt összefüggést fejezi ki a Darcy-törvény 1. k (m/s) 10 0 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 vízvezetés nagyon jó jó rossz vízzáró Talaj megnevezése görgeteg kavics homokos kavics kavicsos homok homok iszapos homok iszapos finom homok iszap agyag 2. táblázat Az áteresztőképességi együttható változása a szemcsék méretével A vizet tartó földművek, így az árvízvédelmi gátak állékonysági méretezésében nagy jelentősége van a talajok vízáteresztő képességét meghatározó Darcy-féle (1856) k (m/s) tényező ismeretének. Az altalaj különböző rétegeit és a töltéstest egyes részeit (vagy egészét) jellemző áteresztőképességi együtthatók egymáshoz viszonyított arányai szabják meg a gátban kialakuló szivárgási áramképet, a terhelést adó, illetve a teherbírást csökkentő víznyomásokat, stb. Az 1 Megjegyzések: Lamináris (vízszálas) csak a viszonylag lassú mozgás lehet. Ez akkor áll fenn, ha a dh/dl hányados kicsi, vagy ha a k eleve kicsiny, ill. ha a folyadék (erősen) viszkózus. (E három jellemző együttes hatása fejezhető ki az R e Reynolds-számmal.) A viszonyított energia-szintkülönbség: valamely (laminárisan mozgó) "vízrészecskének" a talajban megtett átlagos dl úthosszának és az ezen út két végpontján értelmezhető vízoszlopmagasság különbséggel kifejezett - dh energia-szintkülönbségnek hányadosaként adható meg. A k értékét - még "homogén" közeg esetén is - számos körülmény és adottság befolyásolhatja, ám mindezeken túl még térben és időben sem szükségszerűen állandó, mert változhat a kolmatáció, a szuffózió, az esetleges szerves anyag tartalom változása, továbbá oldódás, porlás (morzsálódás) stb. hatására is.

8 átszivárgó víz mennyisége a k tényező(k) abszolút értékétől függ, amelynek értékére a gátba épített szivárgó és vízelvezető rendszert méretezni kell. Általánosságban elmondható, hogy az áteresztőképességi együttható a legszélesebb határok között változó talajmechanikai jellemző, értéke több mint tíz nagyságrendet ölel fel. Az áteresztőképességi együttható változását a szemcseméret alapján a 2. táblázat mutatja. A talaj összes jellemzője (azonosítási-, állapot- és talajfizikai jellemzők) közül az áteresztőképességi együttható értékét lehet a legkevésbé pontosan meghatározni. Értéke több mint tíz nagyságrendnyi változást mutathat különböző talajoknál, de egy adott talaj esetén is akár több mint egy nagyságrendnyi változásokat lehet tapasztalni a talaj mindenkori állapotának függvényében (hézagtényező, víztartalom, sűrűség stb.). Sokszor elhanyagoljuk a helyenként előforduló egy nagyságrendet is meghaladó anizotrópiát, nem is beszélve a két nagyságrendet is meghaladó mikro-rétegzettségről. Az áteresztőképességi együttható értékét befolyásoló jelentősebb tényezők (nem fontossági sorrendben) a következők: szemcseátmérő, szemcsék alakja, szemcsék irányultsága, hézagok mennyisége, eloszlása, másodlagos hézagok, telítettségi viszonyok, szivárgó folyadék tulajdonságai, a hidraulikai körülmények (úm. hidraulikus esés, küszöbgradiens, Reynolds-szám, szívás), tranziens jelenségek (szemcsék vándorlása, ki- és bemosódása) stb. Heterogén (rétegzett) rendszerben a felsoroltakon kívül a k tényező értéke függ: az egyes rétegektől külön-külön, ezek esetleges anomáliáitól, az áramlás irányától, illetve az áramlás irányának a rétegekhez viszonyított helyzetétől. A kötött talajok áteresztőképességének meghatározása a legnehezebb. Egyetlen gombostű fej méretű hiba, kontinuitás beli hiba, másodlagos szerkezet több nagyságrenddel megváltoztatja az áteresztőképességi együttható értékét. Óvatosan, nagy körültekintéssel szabad csak a kötött talajok vízáteresztő képességét vizsgálni. Ha a talajt be akarjuk mutatni, a viselkedését le akarjuk írni, közelítéseket, becsléseket, anyagmodelleket és feltételezett talajszerkezetet kell használunk. Hasonlóan járunk el, hogy a talajban a vízáramlást leírhassuk, azonban ezzel egy olyan sokdimenziós, egymástól többszörösen függő viselkedési mátrixot kellene alkalmazni, ami jelenleg megoldhatatlan, a gyakorlati életben használhatatlan. Ezért közelítésekre, elhanyagolásokra és egyszerűsítésekre kell hagyatkozni. A szivárgás leírása így megoldható lesz azzal a kis hibával, hogy nem feltétlen lesz valósághű az áteresztőképességi együttható értéke. 2.4.1. Áteresztőképességi együttható értéke

9 Az áteresztőképességi együttható értéke a talaj összes jellemzője (azonosítási-, állapot- és talajfizikai- jellemzők) közül a legszélesebb határok között változik, a legpontatlanabbul meghatározható. Értéke több mint tíz nagyságrendnyi változást mutathat különböző talajoknál, de egy adott talaj esetén is nagyságrendnyi változásokat lehet tapasztalni a talaj mindenkori állapotának függvényében (hézagtényező, víztartalom, sűrűség stb.). A tervező a k tényező számértékét a gyakorlatban sok esetben táblázatokból veszi fel, ez az érték azonban a valóságban - különösen kötött talajoknál - akár több nagyságrenddel is eltérhet a megálmodott értéktől. Ebből gyakran adódnak hibás számítások, ami miatt a tervezés irreálissá válhat. Homogén (termett) talajban az áteresztőképesség "fő" nagyságrendjét két mennyiség szabja meg: a szemcseátmérő és a repedezettség (másodlagos pórusok). Az áteresztőképességi együttható számértékeit és a javasolt mérési módszert az 3. táblázat mutatja Kézdi (1962), Casagrande (1938) alapján. 3. táblázat Az áteresztőképességi együttható számértékei (cm/s) és meghatározási módja Tömörített rétegben determináló hatású a tömörített réteg anyaga és az aktuális tömörített állapotnak megfelelő homogén hézagtartalom. Hiába vízzáróak valamely (mesterséges) agyagréteg egyedi elemei, ha azok rögöket alkotnak, s közöttük akadálytalanul mozoghat a víz. Másodlagos hatása lehet az összes eddig említett tényezőnek főként a klimatikus hatásoknak kitett zónákban, ahol a másodlagos pórusok új talajszerkezetet hoznak létre (Nagy 1994, 2004, 2006, 2007). Ezért nagy jelentőséggel bír a vízvezető járatok, a szivárgó sávok vagy repedések felderítése a vizet tartó földművek töltésében. Az EUROCODE 7: Geotechnikai tervezés (MSZ EN 1997-2) 2. rész Talajfeltárás és talajvizsgálatok szabvány S melléklet S3. pontja kiemeli a telítettség szerepét: a telítettség

10 egyes talajfajták esetében akár három nagyságrenddel is befolyásolhatja az áteresztőképességi együtthatót. A talajok áteresztőképességi együtthatója tehát elég sok, különböző jellegű tényezőtől függhet. Ezért nem várható, hogy néhány egyszerű mennyiségre alapítva általános érvényű összefüggésekkel (képletekkel, vagy akár grafikonokkal) megadható legyen "k" számértéke. Ezen megfontolások alapján a különböző világ-táblázatok értékeinek használata nem javasolható (ld. pl. Nisida grafikon). Senki sem garantálhatja, hogy az I p =30 % azonosítási jellemzővel rendelkező talaj áteresztőképességi együtthatója Kanadában is és Japánban is ugyanakkora legyen, már csak azért is, mert az ásványos összetétel is különbözik. A különböző vizsgálatok alapján felállított elméletek megoldást adnak arra, hogy milyen módon kell például a szemeloszlási görbe alapján számítással meghatározni az áteresztőképességi együtthatót, vagy hogyan kell a Khafagi szonda vagy Menard szonda eredményeit értékelni, de még mindig kételkedhetünk abban, hogy a meghatározott értékek megfelelőek-e, a mérések leképezik-e a természetet, a természetben lejátszódó szivárgást jellemző k értéket? Ennek megismeréséhez helyszíni áteresztőképességi együttható mérések, talajmechanikai feltárások és azonosító vizsgálatok készültek. 2.4.2. Korábbi összehasonlító vizsgálatok megállapításai Az áteresztőképességi együttható meghatározásának módszerére Magyar Szabvány vagy Műszaki Irányelv nincs. Értéke helyszíni vagy laboratóriumi méréssel, illetve közvetett úton számítással határozható meg. Az áteresztőképességi együttható meghatározásánál Kézdi (1976) előnyben részesíti a laboratóriumi vizsgálatokat, a "k" tényező laboratóriumi meghatározása a következő módszerekkel lehetséges: állandó víznyomás mellett, változó víznyomás mellett, kapilláris áteresztőképességgel, konszolidációs kísérlettel. Kútból történő szivattyúzást ajánlja Rózsa (1977) az áteresztőképességi együttható meghatározására, a laboratóriumi vizsgálattal szemben: "Az áteresztőképességi együttható szintén azok közé a fizikai jellemzők közé tartozik, amelyek laboratóriumi úton nem határozhatók meg kellő pontossággal. A k tényező 10-50-szeres pontossága is sok esetben megfelelő lenne, de a laboratóriumi vizsgálatokkal még ez sem érhető el." Az alapozás kézikönyve a helyszíni próbaszivattyúzást részesíti előnyben, nem utalva arra, hogy mit kell tenni talajvízszint feletti rétegekben. Az előzőekkel ellentétben Kovács (1972) könyvében a szemeloszlási görbe alkalmazását javasolja: "A laboratóriumi és helyszíni vizsgálatoknak rövid ismertetése és kritikai értékelése alapján még egyszer hangsúlyozzuk, hogy az áteresztőképességi együttható, meghatározására általában a képletekből való számítás javasolható, nemcsak azért, mert ez a legegyszerűbb eljárás, hanem mert

11 megbízhatósága is eléri, sőt a legtöbb esetben meghaladja az egyéb módszerekét. Csak akkor indokolt laboratóriumi vagy terepmérés elvégzése, ha a rétegnek valamilyen különleges települési adottságát kívánjuk jellemezni. Erre csak a zavartalan magminták laboratóriumi vizsgálata, a tökéletesített beszivárogtatási vizsgálatok vagy a több megfigyelőkút alkalmazásával végrehajtott próbaszivattyúzás ajánlható. A talajok elég nagy tábora kimarad így az áteresztőképességi együttható vizsgálatából, például azok, amelyeknek nem meghatározható a szemeloszlásuk. A fentiek alapján azt a megállapítást lehet tenni, hogy az áteresztőképességi együttható értékének meghatározásában nincs szakmai összhang. Az EUROCODE 7 szabvány mellékletének S3. pontja szerint a vizsgálati eredmények értékelésénél a következő szempontok szerint kell eljárni: Négy, széles körben használatos módszer van az áteresztőképességi együttható (hidraulikus vezetőképesség) meghatározására: terepi vizsgálatok, mint a próbaszivattyúzás és a fúrólyukban végzett áteresztőképességi vizsgálatok, a szemeloszláson alapuló empirikus korrelációk, számítás ödométeres vizsgálatból, próbatestek laboratóriumi áteresztőképességi vizsgálata. Ennél szélesebb útmutatásokat tartalmaz az MSz 15295 szabvány, azonban az EUROCODE tartalmaz egy konkrét megjegyzést is, mely szerint homogén homokban az áteresztőképességi együttható észszerű pontossággal becsülhető a szemeloszlással való korrelációk alapján. Nem tartalmaz azonban utalást arra, hogy melyik módszerre gondoltak. Az utóbbi 15-20 évben a talajmechanika fejlődésében, a mérési módszerek fejlődésének tendenciája a helyszíni vizsgálatok terjedése. Így elkerüljük a többszöri mintakárosodást, aminek egyenes következménye, hogy az eredmények jobban tükrözik a helyi viszonyokat. Nemzetközileg elfogadott, hogy a helyszíni vizsgálatok pontosabb, a helyszínnek megfelelő értéket adnak. Felmerül a kérdés, hogy igaz-e ez a megállapítás az áteresztőképességi együttható meghatározásánál is? Helyszíni összehasonlító vizsgálatok A laboratóriumi vizsgálat alapján felállított elméletek, megoldást adnak arra, hogy milyen módon kell a szemeloszlási görbe alapján számítással meghatározni az áteresztőképességi együtthatót, de még mindig kételkedhetünk abban, hogy a meghatározott értékek megfelelőek-e, ugyanazok mérhetőek-e a természetben? A számítással kapott eredmények helyességének ellenőrzése történhet különböző helyszíni és laboratóriumi mérésekkel. Mokwa és tsai. (2007) hat helyszínen három módszerre vonatkozólag hasonlított össze hat számítási módszert (Hazen 1911, Terzaghi 1925, Moulton 1980, Shahabi és tsai 1984, Chapuis 2004 két képlete). A vizsgálatok eredményei szerint a számítással meghatározott áteresztőképességi együtthatók átlagosan másfél-két nagyságrenden belül voltak, a kísérleti mérések mindig a számítási módszerek tartományába estek,

12 a legmagasabb áteresztőképességi együtthatót minden talajnál Shahabi és tsai (1984) képlet adta, a legalacsonyabb áteresztőképességi együtthatót minden talajnál Terzaghi (1925) alapján lehetett számolni. Ugyancsak a számítással és a helyszínen meghatározott áteresztőképességi együttható közötti kapcsolatot vizsgálta Farag (2006) három különböző területen. Vizsgálata szerint a Sheperd (1989) képlettel meghatározott k tényező mindig alacsonyabb, a Hazen (1895) és Alyamani, Sen (1993) által javasolt képlet használatával magasabb áteresztőképességi együtthatót adott meg homok talajra. A szivattyúzási kísérlettel meghatározott áteresztő képesség két területen is a legmagasabb értéket adta, azaz magasabbat, mint a számítási eljárás. Átmeneti és finom szemcsés talajok Átmeneti és finom szemcsés (homoktól a finom homokon keresztül a homokos iszapig, a kötött talajok "k" tényezőjének meghatározása külön problémakör, a pontos érték mérése elsősorban környezetvédelmi problémáknál -műszaki védelem vizsgálatánál - és vízzáró gátaknál fontos) ásványos talajok áteresztőképességi együtthatójának vizsg álatára több lehetőség is adódik, ezeknél a következő peremfeltételeket kell figyelembe venni: A módszerek érvényességi tartománya a vizsgált talaj-féleségekre elvileg megfelelnek. Vizsgálatoknál homogén izotróp rétegek voltak. A rétegek keletkezésekor a durvább és finomabb szemcsék gyakran periodikusan ülepedhetnek le (Galli 1968), a látszólag homogén réteg is vízzáróbb és vízvezetőbb lencsék szövevényéből állhat. A réteghatáron nem alakulhatnak ki szivárgási anomáliák. Figyelmen kívül hagyható a felszín közeli, helyenként 0,6-0,8 m vastag talajrétegnek az atmoszférikus hatások és az emberi beavatkozás miatt megnövekedett vízvezető képessége. Az áteresztőképességi együtthatót a vizsgálatok nagy részénél, viszonylag kisméretű talajmintán határozzák meg. A kapott érték a vizsgált mintával reprezentált réteg teljes terjedelmére általánosítható. Alkalmazott módszerek A finomszemcsés és átmeneti talajok áteresztőképességi együtthatójának összehasonlító mérése a helyszínen a következő módszerekkel történt: Menard-szonda alkalmazásával függőleges fúrólyukban vízszintes irányú áteresztőképességet lehet meghatározni. A talajba történő sugár irányú vízbehatolást egyrészt pakkerek, másrészt a mérőrész alatti és feletti vízbesajtolás teszi lehetővé. Khafagi-szondával a talajba lejuttatott szivárogtató fejen keresztül történő víznyeletési módszer a Khafagi-féle áteresztőképességi együttható meghatározás. Az alkalmazott szivárogtató fej és kalibrált tartály méretének meghatározása a talajadottságok figyelembe vételével történik. Szivattyúzás vagy víznyeletés a talajvízállás függvényében egy illetve több furat kialakításával is történhet. A furatok elrendezését és méretét a talaj adottságok figyelembe vételével kell meghatározni. Jelentős hibaforrás lehet, ha a béléscső nem illeszkedik a furat talpához, ilyenkor nem csak a talpon szivárog be a talajba a víz, hanem a hosszú köpenyen is.

13 A helyszíni mérések összehasonlítására, ellenőrzésére az áteresztőképességi együttható értékét közvetett módszerekkel (valamilyen más mért adatból, rendszerint szemeloszlási görbe adataiból) is meg lett határozva. A laboratóriumi méréseknél az áteresztőképességi együttható függvényében alkalmazható állandó és változó víznyomású készüléket. A közvetett módszereknél az alkalmazható empírikus összefüggéseket a különböző kutatók eltérő módon határozták meg, a képleteket részben különböző állapotjelzőkkel is kombinálták. A módszerek közös jellemzője, hogy szerepel bennük a szemeloszlási görbe meghatározása, rendszerint a tíz tömegszázalékhoz tartozó szemcseátmérő (d 10 ) és az értéke többnyire a második hatványon. Az áteresztőképességi együttható összehasonlításaként a Hazen (1895) képlettel számolt eredményekkel foglalkozunk. A mérési módszerek összehasonlítása a mért eredmények alapján A különböző helyszíni és laboratóriumi mérési módszerekkel meghatározott áteresztőképességi együtthatók arányosulásával kapcsolatban a rövid összehasonlító megállapítások a következők: A mérési eredmények nagy része azonosította a réteghatár két oldalán a talajváltást. Az eredmények a vártnál jóval nagyobb mértékben szórnak, úgy tűnik, hogy az eltérések a mérés módszeréből következő szabályos jellegű hibák. Feltételezhető, hogy mindegyik módszernek van egy nagyságrend relatív hibája, a felszín közeli mintából történő vizsgálatokat nem számítva. Különösen nagy a víznyeletés hibája, az 1,7 méteres mélységben három nagyságrend volt, 2,6 méteren csak kettő. Valószínűleg könnyű rosszul mérni ezzel a módszerrel. A nagy szórás miatt ezzel a vizsgálatok kevésbémegbízhatóak. A változó víznyomással végzett vizsgálat érvényességi határa az alsó rétegre már nem terjedt ki, a víz átfutott rajta, így az alsó réteget állandó víznyomású készülékkel kellett vizsgálni. Bármilyen talaj volt, a Menard-szondás mérések rendszerint k = 10-4 - 10-5 m/s értékek között változtak. A Menard-szonda nem volt érzékeny a talaj változására, e miatt a továbbiakban ez a vizsgálat kizárásra került. Az 54+260 szelvényben végzett vizsgálatok azt mutatják, hogy tendenciájában megegyezik a laboratóriumi vizsgálat, a Khafagi-szonda és a szemeloszlási görbe által számolt k tényező eredménye. Mindhárom vizsgálat érezte az áteresztőképességi együttható növekedést 3,4 méter mélyen. A szemeloszlási görbéből számolt áteresztőképességi együttható a rosszabb vízvezető talajnál alul, a jobb vízvezető talajnál felül becsülte a helyszíni és laboratóriumi vizsgálat eredményét. A vizsgálatok azt mutatták, hogy rutinszerű helyszíni mérésekhez a sajtolással (vagy verőszondával) lejuttatott Khafagi-szondát célszerű használni. Előnyei a következőkben fogalmazhatók meg: mind talajvíz alatt, mind talajvíz felett használható, bármilyen szondával lejuttatható, egyszerű szerkezet, relatíve alacsony a mérési költség, nem bonyolult mérési és kiértékelési módszer, viszonylag gyors mérés, talajhoz igazítható mérőhossz, a mérési eredményben a vízszintes és a függőleges áteresztőképességi együttható együttesen szerepel.

14 Áteresztőképességi együttható k (m/s) 1.00E-01 1.00E-02 1.00E-03 1.00E-04 1.00E-05 1.00E-06 1.00E-07 1.00E-08 0 54+260 szelvény nyeletés mélység (m) 1 2 3 4 5 Menard-szonda Khafag-szondai állandó víznyomás változó víznyomás Hazen Talajvíz a fúrásban nem jelentkezett i-os hl-es homok Homoklisztes iszap 10. ábra Az áteresztőképességi együttható az 54+260 szelvényben Összefoglalóan megállapítható, hogy az áteresztőképesség és a hozzátartozó fogalmak a talajmechanikában és a vízépítésben jól ismertek, azonban az áteresztőképességi együttható meghatározására nincs általánosan elfogadott módszer. A k tényező mérésének pontosítása azért szükséges, mert a számítások, feldolgozások, geometriai méretek stb. relatív hibája nagyságrenddel kisebb, mint amit az áteresztőképességi együtthatóra meghatározhatunk. A bizonytalan méretezésből ugyanis egyszer indokolatlan túlméretezés, másszor feleslegesen nagy veszély vállalása következik. Ennek elkerülésére nagy jelentősége van a valódi k tényező ismeretének. Az áteresztőképességi együttható in-situ meghatározására hazánkban több módszer is használatos. A különböző módszerek eredményeinek gyakorlati szempontból történő összehasonlítása alapján juthatunk el a javasolható mérési módszerhez. A mérési eredmények és irodalmi feldolgozás alapján az egyes mérések és számítási módszerek érvényességi tartományát a 4. táblázat mutatja. Ugyanitt látható az egyes műszaki beavatkozásokhoz a talajok vízáteresztő képesség szerinti csoportosítását. A mérési eredmények értékelésénél szem előtt kell tartani, hogy nincs tökéletes mérés, minden mérési módszernek van hibája, mindegyiknél valamilyen módon károsodik a mért érték. A helyszíni méréseknél a talaj szerkezetét a fúrás (vagy a szonda lesajtolása) teheti tönkre. A fúrásnál folyós homokban vagy homoklisztben a vízrátöltést tiszta vízzel mindenkor alkalmazni kell, a fúrót pedig olyan lassan kell kihúzni, hogy a kihúzáskor fellépő dugattyú-hatás miatt a talaj ne törjön be a fúrólyukba. Zavartalan mintán történő laboratóriumi mérésnél a vizsgálat során veszélyes hibaforrás, a csorbult mintavevő hengerrel való mintavétel, ekkor a palást mentén átfolyó vizet mérjük.

15 A mérési eredmények értékelésénél figyelemmel kell lenni arra, hogy a mérés hibája milyen irányba befolyásolja a végeredményt. A kicsorbult mintavevő miatt nagyobb áteresztőképességet, a szonda által tömörített talaj miatt kisebbet fogunk mérni. A mérés hibája ne befolyásolja a végeredményt a biztonság kárára! Ugyanis egy a valóságosnál kisebbnek mért áteresztőképességi együttható gát alatti szivárgásnál a fedőréteg esetén rontja a biztonságot, vízvezető rétegnél pedig a biztonság javára szolgál. Nem mondhatjuk azt, hogy ennyi vagy annyi a talaj áteresztőképességi együtthatója, legfeljebb azt mondhatunk, hogy ezzel vagy azzal a méréssel ilyen vagy olyan eredményt kaptunk. De még akkor is figyelembe kell venni a talajminta roncsolódását, a módszer hibáit, stb. Nem vízteleníthető Rosszul vízteleníthető Jól vízteleníthető Gátak vízzáró magja Gátak támsztótestje Ödométeres kísérletből Állandó víznyomású készülék Khafagi szonda Alapozási kézikönyv Triaxiális cella Vízzárósági határ (Kézdi 1976) Beyer táblázat Zamarin képlet Vízzárósági határ (MSZ 15221) Menard szonda Változó víznyomású készülék 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 4. táblázat A talajok vízvezető tulajdonságai és az áteresztőképességi együttható meghatározásának tartományai 1.00E-08 cm/s Az áteresztőképességi együttható sok különböző jellegű tényezőtől függ, meghatározásánál nagyobb bizonytalanságra kell számítani. Ezért nem várható, hogy néhány egyszerű mennyiségére alapján általános érvényű összefüggéssel (képletekkel, vagy akár grafikonokkal) megadható legyen "k" számértéke. A vizsgálati eredmények arra hívják fel a figyelmet, hogy akinek egy mérési eredménye van, az bátran méretez. Akinek két mérési eredménye van, az kételkedik, és akinek sok mérési eredménye van, az utána néz a mérési erednményeknek. A mérésekből levonható rossz következtetés a szélsőséges érték választása a méretezés kiinduló adatául. Meg kell vizsgálni hogy milyen módszerrel készült a mérés, milyen az eredmény eloszlása,

16 milyen feladatnál és milyen geometriai feltételeket kell figyelembe venni. Megállapítható: Nincs univerzálisan alkalmazható módszer, minden az áteresztőképességi együttható meghatározására használt módszernek megvan az érvényességi tartománya. Ez az elv érvényesült a vizsgálatok alapján kiadott MSZ 15295-ben. Egy furatban, ha nincs lényeges eltérés a rétegek áteresztőképességi együtthatója között, akkor nem célszerű eltérő mérési módszert alkalmazni, egy rétegen belül pedig nem szabad a különböző mélységekben eltérő mérési módszert alkalmazni, mert a módszer-váltás nagyobb eltérést jelenthet a mért értékben, mint amekkora a talajban van. Minden az áteresztőképességi együttható meghatározására használt módszernek megvan az érvényességi tartománya. A különböző vizsgálatok érvényességi tartományát a 4. táblázat mutatja be, azért, hogy az áteresztőképességi vizsgálatok célirányosan tervezhetők legyenek célszerű ezen ábra használata. A vizsgálati eredmények más talajjellemzőknél jobban szórtak. A mérési eredmények játéka rendszerint megközelíti, vagy esetenként meghaladja az egy nagyságrendnyi értéket. Az áteresztőképességi együttható meghatározásánál a fentiek alapján törekedni kell arra, hogy értéket ± 20-30 %-os relatív pontossággal lehessen meghatározni. Tekintettel arra, hogy a vizsgálatok szerint sem tudjuk azt, hogy mennyi a talaj áteresztőképességi együtthatója - csak azt, hogy mennyit mértünk (de ez így van a többi talaj jellemzőre és más mérésekre is), ezért csak annyit lehet mondani, hogy mely értéktartományokban sűrűsödtek a mérési eredmények, illetve a mérési eredmények egymáshoz viszonyított értékei hogyan viszonyulnak egymáshoz. Ez alapján a következő megállapítások tehetők: A jó mérések eredményei jelezik a réteghatárt az áteresztőképességi együttható értékében. A mérési eredmények alapján úgy tűnik, hogy egyes eltérések szabályos jellegűek (a mérés módszeréből következően szabályosak), más eltérések a mérési módszerből adódó pontatlanságából származnak. A vizsgálatok azt mutatják, hogy a laboratóriumi vizsgálat, a Khafagi-szonda és a szemeloszlási görbe által becsült áteresztőképességi eredmények tendenciájukban megegyeznek. A Khafagi-szondával meghatározott szivárgási tényezők rendszerint alacsonyabbak, mint a Menard-szondával mért értékek. A nyeletéses vizsgálat eredményei rendszerint a Menard-szondás méréshez hasonló eredményt adnak. A legalacsonyabb k tényezőt a magmintából laboratóriumban végzett változó víznyomású kísérlettel végrehajtott vizsgálatok adták, az eredmények legalább egy nagyságrenddel kisebbek, mint az összes többi módszer eredménye. A nyeletési vizsgálatok és a Menard-szondás mérések eredményeiben nem elsősorban a talajféleségek tükröződnek döntő módon. A szemeloszlási görbéből számolt áteresztőképességi együttható csak a nagyobb szemcséjű talajoknál adott magasabb értéket, mint a helyszíni vizsgálat.

17 2.4.3. Közvetett módszer a finomszemcsés és átmeneti talajok áteresztő-képességének meghatározására Az áteresztőképességi együttható meghatározására átmeneti és finomszemcsés talajoknál az egyik leggyakrabban használt módszer a szemeloszlási görbe alapján történő számítás. Ez egy közvetett módszer, más mérési adatok alapján következtetünk az áteresztőképességi együtthatóra feltételezve valamilyen általánosított és átlagosított tulajdonságot. A szemeloszlási görbéből történő számítás egyenletét különböző kutatók eltérő módon határozták meg. A módszerek közös jellemzője, hogy szerepel bennük a szemeloszlási görbe egészének, vagy valamely kitüntetett pontjának a meghatározása. Néhány kutató az általa javasolt képletet különböző állapotjelzőkkel is és a szemcsealakkal is kiegészítette, kombinálta. A szemcseméret hatásának érvényre juttatását különböző irodalmi közlések alapján a legváltozatosabb formában vizsgálhatjuk. Egy ponton azonban a legtöbb javasolt képlet megegyezik, az áteresztőképességi együttható a jellemző szemátmérő négyzetével egyenesen arányos. Már lényegesen eltérőbbek a vélemények abban a kérdésben, melyik legyen a vegyes eloszlású halmaz jellemző átmérője. A számítás elve A áteresztőképességi együttható számítás matematikai formában történő megadásának általános alakja a következő: k = c. f (d 2 ) f (n, e, S r...) ahol c kutató függő állandó, k a talaj áteresztőképességi együtthatója m/s vagy cm/s dimenzióban, d szemcsehalmaz valamely kitüntetett szemátmérője, f (n,e,s r...) a talaj egy, vagy több jellemzőjétől való függést fejezi ki. Óvatosan kell használni az ilyen a képleteket, mert az idők folyamán rendszerint lekopott a képlet mellől az érvényességi határokra vonatkozó információ, valamint az, hogy milyen mértékegységben kell a szemcseátmérőt behelyettesíteni, és milyen mértékegységben kapjuk az áteresztőképességi együtthatót 2. Az áteresztőképességi együttható számítása rendszerint a hatékony vagy mértékadó szemcseátmérő alapján történik. Azonban ezen két elméleti szemcseátmérő helyett a képletek közelítésként a szemeloszlási vizsgálat 10 vagy 50 tömegszázalékához tartozó szemcseátmérőt használják. A mértékadó szemcseátmérő rendszerint 40 és 60 tömegszázalékhoz tartozó szemcseátmérők között változik, a hatékony szemcseátmérő leggyakrabban d 16 - d 17 -el közelíthető. Ennek ellenére a d 10 -el közelítés terjedt el általánosan, eltekintve néhány kutatótól mint pl. Sherard (1984), a 15 %-hoz tartozó szemcseátmérővel történő közelítést javasolja. Mértékadó szemcseátmérő alkalmazása 2 Nem szabad elfelejteni, hogy amikor a XIX. században az első képletek készültek, még nem volt kötelező az SI használata, mivel nem is volt SI mértékrendszer, így az áteresztőképességi együttható dimenzióját cm/s-ban adták meg.

18 Az áteresztőképességi együtthatónak a mértékadó szemcseátmérővel történő számítására hazánkban a leggyakrabban alkalmazott képlet Jáky József (1944) nevéhez főződik, aki valamennyi talajfajtára ajánlotta (Kézdi 1962): k = 100 d m 2, ahol k az áteresztőképességi együttható cm/s-ben, és d m a mértékadó szemcseátmérő cm-ben. Ugyancsak a mértékadó szemcseátmérő alkalmazását javasolja Kröber (Kovács 1972 alapján) k = 41 d 50 2 képlet alapján, ahol a mértékadó átmérő 0,54-2,1 mm között változott, Hagen (1869) szerint k = 36 d 50 2, ahol d 50 =0,28 mm szemcseátmérőnél C U < 1,5 egyenlőtlenségi mutató volt. Seelheim (1880) vizsgálatnál k = 37 d 50 2, ahol a szemcseátmérők tartománya 0,16-0,68 mm közötti volt, ugyancsak C U = 1,0-1,5 egyenlőtlenségi mutató mellett. A mértékadó szemátmérő (d m ) használatának helyességét jelzi Palagyin (1964) vizsgálata, aki a javasolt képletében ugyancsak a d 50 átmérőt alkalmazza, és ezt egészíti ki egy, a szemcsék eloszlásától függő javító tényezővel. Mint látható ezek a vizsgálatok alacsony egyenlőtlenségi mutatóval rendelkező anyagokra készültek. Rosszul graduált talajoknál nincs jelentős méretbeli különbség a legnagyobb és legkisebb szemcsék között. Különösen igaz ez a talajmechanika őskorában végzett vizsgálatokra, amikor például egyszemcsés sörét áteresztőképességét vizsgálták. Ekkor akár d 10 -et vagy akár d 90 -et is írhattak volna a képletbe d m helyett, ugyanis a közel egyszemcsés talajoknál nem volt lényeges különbség a szemcseméretben. Egyszemcsés vagy közel egyszemcsés talajoknál tehát nem szerencsés valamilyen kitüntetett szemcseméret (például d m ) alkalmazása, mert félrevezető lehet. Hatékony szemcseátmérő alkalmazása A hatékony szemcseátmérő használatát indokolja az a tény, hogy már 8-10 százalék finom szemcse is jelentősen befolyásolja az áteresztőképességi együttható értékét (Lovas 1954). A hatékony szemcseátmérő fontos érték a szivárgási tényező értékének meghatározásánál (Budhu 2000). A nemzetközi viszonylatban legismertebb, legegyszerűbben használható képlet szerint az áteresztőképességi együttható értéke 1,5 < C U < 2,5 esetén (Hazen 1895) a k = 116 d 10 2 egyenlőséggel számolható a 0,1 mm < d 10 < 3 mm tartományban, de ez a számítás nem alkalmas frakció hiányos görbék esetén. Hazen (1911) módosításában a 116 érték helyére egy C konstans 3 került (Hazen 1930). Ugyancsak a hatékony szemcseátmérő alkalmazását javasolja Karádi (1963) k = 90-140 d 10 2 kis egyenlőtlenségi mutató (C U = 2) mellett, Terzaghi (1943) k = 200 e 2 d 10 2, Chardabellas (1964) különböző szemnagyságú iszapos finom homokra k = 140-230 e 3 d h 2. Ezen utóbbi két képletben már a hézagtényező is szerepelt utalva arra, hogy az áteresztőképességi együttható meghatározásánál nem közömbös a talaj tömörsége. Carrier (2003) szerint, ha a Hazen-képlet érvényességének szűk határait kiterjesztjük, a C H konstans értéke több nagyságrendnyi változást is mutathat. 3 A C konstans a XX. század végén több szakcikkben már C H szerepelt, emléket állítva a képlet megalkotójának.

19 A Hazen-képlet sok kutatót megihletett, a C H = 116 konstans helyett más értékek felvételét javasolták elsősorban a vizsgált homokok szemcsézettségének formája és a fajlagos felület eltérősége miatt (5. táblázat). A laboratóriumi vizsgálatok azt mutatták, hogy C H értéke egy nagyságrendet változhat laza és tömör állapotú szemcsés talajok esetén (Cedegren 1989). szerző C H szerző C H Cedergren (1967) 90-120 Leonards (1962) 100-150 Coduto (1999) 80-120 Lambe, Whitman (1969) 1-42 Das (1997) 100-150 Taylor (1948) 41-146 Holtz, Kovacs (1981) 40-120 Terzaghi, Peck (1964) 100-150 5. táblázat A Hazen-képlet konstansa különböző szerzőknél Lambe, Whitman (1969) javasolta a Hazen-képlet kiterjesztését a szemcsés talajok széles spektrumára (6. táblázat). Talaj d 10 (mm) k (cm/s) C 2 H= k/d 10 Durva kavics 0,82 0,11 0,16 Homokos kavics 0,20 0,016 0,40 Apró kavics 0,30 0,0071 0,08 Iszapos kavics 0,06 0,00046 0,13 Durva homok 0,11 0,00011 0,01 Közepes homok 0,02 0,000029 0,07 Finom homok 0,03 0,0000096 0,01 Iszap 0,006 0,000015 0,42 6. táblázat Hazen-képlet konstansa különböző szemcsés talajoknál Nem egyszemcsés talajra Terzaghi (1925) a következő összefüggés alapján történő számítást javasolta: k = C 0 2 0 (n - 0,13) 0.33 T (1- n) d 10 2, ahol C/ 0 empirikus együttható, melynek értéke szögletes szemcséjű homokoknál 480 és legömbölyödött homokoknál 800, 0 a dinamikus viszkozitás 10 C-on, T a dinamikus viszkozitás T C-on, n a hézagtérfogat. Mansur és Kaufman (1955) a közép és alsó Mississippi melletti homok talajoknál helyszíni és laboratóriumi vizsgálatokat hasonlítottak össze, ahol az egyenlőtlenségi mutató C U = 2-3 között változott. Kilenc különböző helyszínen szivattyúzással meghatározott áteresztőképességi együtthatóra végzett mérést az U.S. Departments of the Army (2000). Az ábra azt sugallja, hogy kettős logaritmikus léptékben ábrázolva a 10 tömegszázalékhoz tartozó szemcseátmérő és az áteresztőképességi együttható kapcsolata nem lineáris. Turnbull, Mansur (1954) szerint a d 10

20 és az áteresztőképességi együttható között csak durva korreláció van az alsó Mississippi homokoknál, melyet a Hazen képletben lévő C H konstansnak csak széles határok közötti módosításával lehet leírni, így C=100-1000 alkalmazását javasolták. Ugyancsak a Mississippi melletti homoklerakódások áteresztőképességéről számol be Leonards (1962) helyszíni mérések alapján. A számított és mért áteresztőképességi együtthatók közül csaknem minden esetben a helyszínen mért érték magasabb volt. Tömörség hatása az áteresztőképességi együtthatóra Az utóbbi években közölt számítási képletek legtöbbje a tömörség hatását is figyelembe veszi az áteresztőképességi együttható meghatározásakor. Találunk azonban több, ettől eltérő javaslatot is, ahol az áteresztőképességi együttható meghatározására alkalmas összefüggésben összevonásra kerül a szemcsemérőn és a viszkozitáson kívül a többi jellemző, így a tömörség hatása is. Az áteresztőképességi együttható meghatározásakor az eltérő tömörség jellemzésére adott lehetőséget elsők között Kozeny (1927), akinek a legismertebb képletében a hézagtérfogatot találhatjuk meg a következő formában 2 k = C 1 d n 10. 2 (1- n) A képletben szereplő C 1 értéke a következő módon számolható: C 1 = ρ w g/ SF w S 0 2, ahol ρ w a víz sűrűsége, g a nehézségi gyorsulás, n a hézagtényező, η w = a víz dinamikus viszkozitása 20 C hőmérsékleten, S 0 a szemcsék fajlagos felülete (mm 2 /mm 3 ), SF az érdességi tényező, ami a szemcse érdesség függvényében 5-7 között változik (ld. később). A Kozeny-Carman (1939) egyenlőség manapság a leggyakrabban használt módszer az áteresztőképességi együttható számítására: 3 2 k = C 1 d e 3 10. 1+ e Kozeny-Carman összefüggés továbbfejlesztése Taylor (1948) által javasolt becslés, mely szintén a hézagtényezővel fejezi ki a talaj tömörségében előfordult változékonyságot: 2 k = C 3 γ/μ d e 3 eff, 1+ e ahol k az áteresztőképességi együttható (m/s), d eff a hatékony szemcseátmérő (m), γ a víz fajsúlya (N/m 3 ), μ a víz viszkozitása (m 2 /Ns), e a hézagtényező, C 3 = érdességi tényező.

21 Lambe (1951) hasonlóan Taylor (1948) javaslatához az áteresztőképességi együttható és a tömörség viszonyára a k ~ e 3, 1+ e arányosságot javasolta. Karol (1960) ezzel szemben a k ~ e 2, összefüggést találta helyesnek. Das (1985) szerint pedig a k ~ e 2, 1+ e arányosság a megfelelő közelítés. Ezen közlemények általában elvileg egyetértenek a Kozeny- Carman formulával, csupán a mérési eredményekkel alátámasztva, az ábrázolt mérési pontokat grafikusan kiegyenlítve javasolnak kismértékben eltérő alakot. A tömörség hatását Terzaghi (1943) alapján a következőképpen jellemezhetjük: N = e a, ahol N a tömörség hatását kifejező tényező, e a hézagtényező, a érték pedig a kiegyenlítés jellegétől függően szerzőnként változik, pl. Terzaghi (1943) szerint a = 2, Chardabellas (1964) szerint a = 3. Chapuis (2004) két képlete telített homokokra és kavicsokra vonatkozik. Az egyik képletben Hazen, a másikban a Kozeny- Carman egyenlőségek formáját tartotta meg: k = 2,4622 (d 10 2 e 3 ) 0,7825 1+ e k = C H d 10 2 1 e 1+ e max 3 max e 3 1+ e Ez a képlet lehet a XXI. század gyöngyszeme. Az áteresztőképességi együttható számítással történő közelítésének az a lényege, hogy egy gyakorta elvégzett alacsonyabb költségű vizsgálatból - ami amúgy is meghatározásra kerül - következtetünk a k tényező értékére. A fenti képletben e max (a legnagyobb hézagtényező) értékének meghatározása valószínűleg több ráfordítást igényel, mint megmérni az áteresztőképességi együtthatót magát! Várhatóan kevesen vetemednek majd erre, így csak elméleti jelentősége marad a maximális hézagtényezővel történő közelítésnek. Az empirikus közelítés

22 Az áteresztőképességi együttható kísérlettel meghatározott értékét a mintavétel és a laboratóriumi vizsgálat hibája is terheli. Talán a legjelentősebb hibaforrás az, amikor mintavételkor a finom szemcsék kimosódnak a talajból, mivel az áteresztőképességi együttható értékét a finom frakciók határozzák meg elsősorban. Külön problémát jelent, ha a vizsgált talaj 10 tömegszázaléknál nagyobb iszap-agyag frakciót tartalmaz. Ilyen esetben nem mindegy, hogy a szemeloszlási vizsgálatot tiszta desztillált vízzel végezzük, illetve koaguláló vagy diszpergáló szert alkalmazunk, ekkor ugyanis a számításhoz szükséges, a finom frakciót jellemző d 10 értéke változik. Az empirikus közelítésen alapuló közvetett módszerek segítségével meghatározott áteresztőképességi együttható könnyen, gyorsan és relatíve alacsony költséggel számítható szemcsés és átmeneti talajoknál. A számítási módszerek alkalmazásakor az eredmények feldolgozása alapján a következő megállapítások tehetők: az áteresztőképességi együtthatót túl sok tényező befolyásolja, a számítással meghatározott áteresztőképességi együtthatók értékei egy és két nagyságrend közötti különbségeket mutatnak, a vizsgálatok alapján úgy tűnik, hogy a módszerek közötti különbségek a nagyobb áteresztőképességi együtthatójú tartományokban csökkennek, a legjobb közelítésnek az egyszerűséget is figyelembe véve d 10 alkalmazása fogadható el, ha d 10 nem, vagy pontatlanul határozható meg, a képletek nagy része használhatatlan, a számításoknál ügyelni kell a képlet érvényességi tartományára, különösen a mértékadó szemcseátmérő alkalmazásánál. Az 54+260 szelvényben a szemeloszlási görbéből meghatározott áteresztőképességi együtthatók alapján megállapítható: a közvetett módszerekkel meghatározott áteresztőképességi együttható értéke három nagyságrendnyi tartományt ölel fel, az egymástól csak konstansban eltérő képletek párhuzamos lefutású görbéket adnak, a d 50 alkalmazásán alapuló számítások nagyobb áteresztőképességi együtthatót mutattak, mint a változó víznyomással meghatározott értékek, A hatékony átmérőn (d 10 ) és alapuló módszerek alacsonyabb áteresztőképességet mutatnak, mértékadó (d 50 ) átmérőn alapulóak. Chapuis képlete a homok talajokra a változó víznyomású kísérlettel meghatározott áteresztőképességi együtthatóval jó egyezést mutatott, homokoknál a változó víznyomással végzett laboratóriumi vizsgálat eredménye a d 10 és d 50 -en alapuló számítások közötti eredményt adott, homoklisztnél a d 10 számítása (Hazen, Beyer, Sepherd és Terzaghi) közelítette meg legjobban a változó víznyomással végzett laboratóriumi vizsgálat eredményét, Shahabi módszere mutatja a legmagasabb áteresztőképességet, ugyanakkor a szemeloszlás alapján a rétegződésből jelentkező máshol három nagyságrendnyi eltérést egy nagyságrendűre redukálja. Az alapozás kézikönyve (Rózsa 1977) szerinti grafikon használata d 20 értékénél az egyik legalacsonyabb áteresztőképességi együtthatót adott, ugyanakkor d 10 -nél a legmagasabb. A finomszemcsés talajok áteresztőképességi együtthatójának számítására az utóbbi években is több elmélet született, amelyek a legújabb matematikai módszerek széles tárházát sorakoztatják