Talajmechanika, földművek (BMEEOGT-L43) levelező kiegészítő képzés Tanszék: Előadó: BME Geotechnikai Tanszék (K ép. magasföldszint 1.) Szendefy János (K.ép.. alagsor 3.) Ajánlott irodalom: Dr. Kabai Imre: Geotechnika I. (91245) Pusztai József Rémai Zsolt: Talajmechanika, gyakorlati útmutató (95039) (jegyzet bolt és www.gtt.bme.hu) Pusztai József Rémai Zsolt: Földművek, gyakorlati útmutató (jegyzet bolt és www.gtt.bme.hu) Kovács Miklós: Földművek (www.gtt.bme.hu) Mérnöki kézikönyv (BME-OMIK könyvtár) Kézdi Árpád: Talajmechanika I.-II. II. (BME-OMIK könyvtár) Információ: www.gtt.bme.hu,, tanszéki hirdetőfal, szendefyjano@freemail.hu
Zárthelyik: 1.ZH. 2008.III.13. 18:15 Ka.63.(órarendi órán) 1.PZH. 2008.III.20. 17:15 Ka.67. 2.ZH. 2008.V.8. 17:15 2.PZH. PPZH. Ka.63.(órarendi órán) 2008.V.16. 14:15 Ka.61. Félév közben kerül meghirdetésre Vizsgák: Szóbeli vizsgák
Talajok keletkezése Talaj kialakulása: szilárd kőzetek mállása (fizikia( fizikia,, kémiai) reziduális (maradék vagy helyben maradt) talajok fokozatos átmenet a szilárd kőzetig, változó szemcsméretek szediment (üledékes vagy helyükről elszálított) ) talajok eolikus - szélhordta (gyakran meszes, kisebb szemcseméretű) pl.: lösz víz által szálított (a vízfolyás sebessége befolyásolja a lerakodást) felső (gyors) szakaszon nagyobb átmérőjű szemcsék, torkolatnál pehelyszerkezet gleccserjege által szállított (tömörek, vegyes szemeloszlás) mesterséges talajok
Talajfelderítés módszerei közvetlen (mintavétel laboratóriumi vizsgálat) fúrás (kisátmérőjű, nagyátmérőjű) kutatóárok, kutatóakna közvetett szondázások, próbaterhelések, geofizikai eljárások Talajmintavétel, talajminták típusai zavartalan víztartalmi zavart
Talajok fázisos összetétele V l l V l /V m l 0 ρ l 0 V V p V v v V v /V m v ρ v 1,0 g/cm 3 V s V s s V s /V m s m n ρs 2,65-2,80 g/cm 3
Fázisos összetétel ábrázolása háromszögdiagrammal 0% s [%] 100% 0% v [%] 100% 100% l [%] 0%
Fázisos összetétel ábrázolása háromszögdiagrammal s60,0 % v28,0 % l1-s-v12,0 % 60,0 0% s [%] 100% 0% 28,0 v [%] 100% 100% l [%] 12,0 0%
Térfogatsűrűség, térfogatsúly száraz: ρ d nedves: ρ n telített: m V m V víz alatti: Térfogatsűrűségek d n s ρ s s [ g ] 3 cm s ρ + v ρ v [ g ] 3 cm ( ) [ g ρ ρ ρ ] 3 t ρ t s s v + ρ m V [ g ] t ' ρt ρv cm 3 v cm száraz: γ d nedves: γ n telített: t víz alatti: ρ g Térfogatsúlyok d ρ g n γ ρ g γ t [ ] kn 3 m [ ] kn 3 m [ ] kn 3 m [ ] kn t ' γ t γ v m 3 g 10 m s
Térfogati jellemzők, víztartalom hézagtérfogat: a talajban hézagok térfogatának a teljes térfogathoz való viszonya víztartalom: a talajban lévő víz tömegének a szilárd szemcsék tömeghez való viszonya n Vv + Vl 1 V s w m n m m d d v s ρv ρ s hézagtényező: a talajban hézagok térfogatának a szilárd szemcsék térfogatához való viszonya e Vv + Vl V s 1 s s n 1 n telítettség: a vízzel telített hézagok térfogatának a hézagok teljes térfogatához való viszonya: S r v 1 s w ρs e ρ v
Fázisos összetétel ábrázolása háromszögdiagrammal 0% s [%] 100% 0% ρconst P(s,v,l) wconst S r const v [%] 100% 100% l [%] 0%
Talajok megnevezése, talajazonosítás vizsgálatai Szemcsés talajok (kavicsos és homokos talajok) Szemeloszlás meghatározása alapján Kötött talajok (iszap- és agyagtalajok) Konzisztenciahatárok alapján Azonosítás vizsgálatai: szitálás hidrometrálás Felhasznált konzisztenciahatárok: plasztikus határ folyási határ # a szerves talajok osztályozása a szervesanyag-tartalom alapján történik
Szitálás vizsgálata Jellemző szitaátmérők: [mm] 64 32 16 8 4 2 1 0.5 0.25 0.125 0.063 (0.074)
Szitálás vizsgálata
Casagrande-féle hidrométeres eljárás Az eljárás elve: Különböző méretű szemcsék folyadékban különböző sebességgel ülepednek. A szilárd szemcsék ülepedésével a szuszpenzió sűrűsége csökken. A sűrűség változásából az ülepedés sebessége, ezáltal a szemcseátmérők, valamint azok gyakorisága meghatározható. d60 v d 2 d 10 Az ülepedés sebessége függ: a szemcseátmérőtől a szemcse testsűrűségétől a folyadék sűrűségétől a folyadék viszkozitásától Stokes-törvény törvény: v d 2 ρs ρv 18η g
Szemeloszlás meghatározása hidrometrálással
Szemeloszlási vizsgálat vizsgálat célja: a talajt alkotó szemcsék és azok súlyszázalékának meghatározása vizsgálat eredménye: szemeloszlási görbe Szemeloszlási görbe: egy pontja megmutatja, hogy a hozzá tartozó átmérőnél kisebb szemcsék összesen milyen súlyszázalékban vannak jelen összegző görbe, g szemi-logaritmikus koordinátarendszerben ábrázoljuk Hidrometrálás Szitálás MSZ 14043-2:2006 MSZ 14043-2:1979 Szitálás Hidrometrálás S % AGYAG 100 ISZAP HOMOK KAVICS S % 100 KAVICS HOMOK HOMOKLISZT ISZAP AGYAG 90 90 80 80 70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 0 0.001 2 4 0.01 2 0.063 0.1 2 4 1 2 4 10 2 4 lg d [mm] 10 lg d [mm] 0 4 2 10 4 2 1 4 2 0.1 4 2 0.01 4 2 0.001 0.063
SZEMELOSZLÁSI GÖRBE 100 90 80 Átesett (%) 70 60 50 40 30 20 10 0 10,000 1,000 d m d 60 d 10 0,100 0,010 0,001 Szemnagyságok (log d mm) legnagyobb szemcseátmérő: d max - éppen minden átesett mértékadó szemcseátmérő: d m - relatív gyakorisági ábra hatékony szemcseátmérő: d eff - fajlagos felület eloszlási ábra egyenlőtlenségi mutató: d U d 60 10
Talajok megnevezése szemeloszlás alapján MSZ 14043-2:2006 (érvényben lévő) MSZ 14043-2:1979 (korábbi) A talaj azt a nevet kapja, amelyik frakció legnagyobb tömegben szerepel s benne. Ezen felül jelzőként kell szerepeltetni azokat a durva szemcsés frakciókat, amelyek min. 20%-ban és azokat a finomszemcsés frakciókat amik min. 10%- ban vannak jelen.
Kötött talajok konzisztenciahatárai A talaj állapota (konzisztenciája) a víztartalom függvénye, ugyanaz a víztartalom azonban különböző talajokban más-más állapotot idéz elő. A talajok konzisztenciája tehát talajfajtánként más-más víztartalomértékek mellett változik meg jellegzetesen. Ezek a határvíztartalmak az ún. konzisztenciahatárok: folyási határ plasztikus (sodrási) határ zsugorodási határ
Folyási határ meghatározása Casagrande csésze Vizsgálat menete: A Casagrande csészébe bekészített mintába az árkólókéssel szabványos méretű árkot húzunk, majd a csészét 1 cm magasságból ejtegetjük. Folyási határ: Az a víztartalom amikor az árok 1 cm hosszon folyik össze 25 cm hatására.
Folyási határ meghatározása Casagrande csésze
Folyási határ vizsgálatának feldolgozása Az elvégzett kísérletek eredményeit szemi-logaritmikus koordináta- rendszerben ábrázolva a kapott pontok egy egyenesre illeszkednek. Az egyenes 25 ütésszámhoz tartozó értéke megadja a folyási határ víztartalmát. 59 víztartalom (%) 57 55 53 w L 51 10 20 25 30 40 ütésszám: lg n
Folyási határ meghatározása ejtőkúpos készülékkel
Plasztikus (sodrási) határ meghatározása Plasztikus határ víztartalma: a talaj képlékeny állapotból merev állapotba megy át. Plasztikus határ meghatározása: A talajmintát gyúrható állapotban nedvszívó papíron szálakká sodorjuk, orjuk, ha a szálak éppen a 3 mm-es vastagság elérésekor esnek szét, akkor a talaj víztartalma megegyezik a plasztikus (sodrási) határral.
Zsugorodási határ meghatározása Zsugorodási határ : Az a víztartalom amelyen túl szárítva a talajt, az térfogatát már nem változtatja. Meghatározása: w s V d m d ρv ρs 100% m d
Plasztikus index, relatív konzisztencaindex Plasztikus index: A folyási és a plasztikus határ különbsége. Talajfajtákra jellemző. I p w L w p Relatív konzisztenciaindex: A talaj adott víztartalomhoz tartozó állapotát mutatja meg. I c w w L L w w p wl I p w
Talajmegnevezés plasztikus index alapján MSZ 14043-2:2006 (érvényben lévő) MSZ 14043-2:1979 (korábbi)
Talajmegnevezés plasztikus index alapján MSZ 14043-2:2006 (érvényben lévő) MSZ 14043-2:1979 (korábbi) Konzisztencia állapot Ic Nagyon puha <0,25 Puha 0,25-0,50 Gyúrható 0,50-0,75 Merev 0,75-1,00 Kemény >1,00 Konzisztencia állapot Ic Nagyon puha 0,00-0,25 Puha 0,26-0,50 Könnyen sodorható 0,51-0,75 Sodorható 0,76-1,00 Kemény 1,01-1,50 Nagyon kemény >1,51
Talajok tömörsége A hézagtényező függ a szemcsék méretétől és alakjától ezért önmagában nem elég a talaj tömörségének megítélésére. Relatív tömörség: ahol: e max : e min : T re e e max max e e min a leglazább állapot hézagtényezője a legtömörebb állapot hézagtényezője (Proctor kísérlet alapján) Kötött talajok esetén a leglazább állapothoz tartozó e max nem állítható elő. Tömörségi fok: ahol: ρ d : T r ρ ρ d max max : ρd 100% max ρd a talaj száraz térfogat- sűrűsége a vizsgált állapotban A Proctor kísérlettel elő- állítható legnagyobb száraz térfogatsűrűség
Talajok tömöríthetőségének vizsgálata Proctor vizsgálat A vizsgálat menete: Különböző víztartalmak mellett a talajmintát 5 egyenlő vastagságú rétegben, szabványos méretű edényben szabványos ütőmunkával betömörítjük. Az adott víztartalmakhoz meghatározzuk az elért száraz térfogatsűrűségeket.
Talajok tömöríthetőségének vizsgálata Proctor vizsgálat Az eredmények feldolgozása: A kapott értékpárokat a w-ρ d koordináta rendszerben ábrázoljuk. A görbe g alapján n meghatározhat rozható: - ρ max d : a kísérlettel előállítható maximális száraz térfogatsűrűség opt : tömörítés t s szempontjából legkedvezőbb víztartalomv - w opt
Talajok tömöríthetőségének vizsgálata Proctor vizsgálat
e max laboratóriumi meghatározása Talajok relatív tömörsége T e e e re min e e max min e e max max T T ρ ρ s max d e e min re re 1 0 1