Geotechnikai feltárások, mintavételek és eszközök Dr. Horváth Tibor GEOVIL Kft. Canterbury Engineering Association (UK) 2014. December 02. GEOVIL KFT. GEOVIL Kft. GEOTECHNIKAI IRODA 2000 Szentendre, Pf. 121. www.geovil.hu; geovil@geovil.hu
Geotechnikai célú fúrások, mintavételezések A fúráshoz szükséges: - feltárási terv, hely, mintavételi terv - geotechnikai fúrógép - mintavevő szerszámzat - szakember, min. technikusi végzettséggel és geotechnikai ismeretekkel Mintavételezés hely szerint lehet mintát venni: - kutatógödörből - aknából ( 5 m-nél mélyebb) - táróból, vágatból ( pl. alagútépítés ) - fúrásból szondázásból (pl.spt)
Geotechnikai feltárási - vizsgálati mélységek
A Geotechnikai feltárások célja (MSZ ISO 22475-1): 1. olyan minőségű talaj- és kőzetminták vétele, vízminták vétele,amelyek vizsgálata megítélhető a terület geotechnikai alkalmassága a tervezett létesítmény megépítésére és amelyek lehetővé teszik a tervezéshez szükséges tervezési paraméterek (talaj- és kőzetfizikai, hidrogeológiai) jellemzők laboratóriumi meghatározását; 2. a mérnökgeológiai modell alkotáshoz, információszerzés az egyes rétegek, tagoltsági rendszerek és vetők szerkezetéről, vastagságáról és irányáról, hidrogeológiai modell alkotásához; 3. a rétegek típusának, összetételének ( pl. ásványi) és állapotának megállapítása; 4. információszerzés a talajvízviszonyokról, vízmintavétel a talajvíz, talaj, kőzet és szerkezeti anyagok közötti kölcsönhatás megítéléséhez;
Fúrási módok
A geotechnikai fúrógéppel, szondázó berendezéssel szemben támasztott követelmények - Biztonság a természetes és épített környezet védelme ( önsúly, bio olaj, adalékszer, humán erőforrás védelme, biztonság technikai felülvizsgálat) - Alkalmasság a mintavételre ( a fúrás elakadt ) forgatónyomaték, forgatási sebesség, emelő képesség, mintavételezési módszer - Terepjáró képesség, helyszíni nehéz terepviszonyok, építési területek, országúti közlekedés - Gyorsaság, összsúly, felvonulás, súlykorlátozások - Megbízhatóság, gazdaságosság határidő
Fúrógép sekély mélységű (10-15 m) spirálfúráshoz nyomatékigény: 2 500 Nm
Fúrógép közepes mélységű fúráshoz (50 m), Hollow Stem Auger fúrógép, száraz szakaszos mintavételhez nyomatékigény: 5 000 Nm
Rotary Wire Line magfúráshoz (500 m) fúrógép, nyomaték 10 000 Nm
Munkaképek
Geotechnikai mintavételi módok és eszközök,fúrással Fúrási- mintavételi módok Talaj és Kőzet függő * Száraz fúrás szerszámai és mintavétel - spirál fúrás, zavart minta, folyamatos spirál és szakaszos száraz magmintavétel - Holow Stem Auger (belső üreges spirál fúrás), zavart minta és száraz magmintavétel ( szakaszos és folyamatos) - egyfalú magcső, szakaszos magminta, se nem zavart se nem zavartalan * magfúrás - folyamatos magfúrás, iszapöblítéssel - dupla falú magcsővel, általában geológiai kutatásra, a magminta, ásványi összetétele a lényeges, kevésbé alkalmas geotechnikai laboratóriumi vizsgálatra - Wire Line, tripla falú magcsővel, geotechnikai kutatásra, 1980 óta, bagdadi metrónál először, előnye, legkevésbé roncsolja a mintát, alakváltozást korlátozza, min 95 % magkihozatal, magvédelem, tárolhatóság
Geotechnikai mintavételi módok és eszközök,fúrással Fúrási- mintavételi módok Talaj és Kőzet függő * Száraz fúrás szerszámai és mintavétel - spirál fúrás, zavart minta, folyamatos spirál és szakaszos száraz magmintavétel - Holow Stem Auger (belső üreges spirál fúrás), zavart minta és száraz magmintavétel ( szakaszos és folyamatos) - egyfalú magcső, szakaszos magminta, se nem zavart se nem zavartalan * Rotary folyamatos magfúrás, iszapöblítéssel - dupla falú magcsővel, általában geológiai kutatásra, a magminta, ásványi összetétele a lényeges, kevésbé alkalmas geotechnikai laboratóriumi vizsgálatra - Wire Line, tripla falú magcsővel, geotechnikai kutatásra, 1980 óta, bagdadi metrónál először, előnye, legkevésbé roncsolja a mintát, alakváltozást korlátozza, min 95 % magkihozatal, magvédelem, tárolhatóság
Laboratóriumi vizsgálathoz vett talajminták minőségi osztályai MSZ ENV 1997-3:2000 Talajtulajdonságok / Minőségi osztály 1. 2. 3. 4. 5. A változatlan talajtulajdonságok szemcseméret * * * * víztartalom * * * tömörség, tömörségi mutatószám, áteresztőképesség * * összenyomhatóság, nyírószilárdság * A meghatározható tulajdonságok rétegsor * * * * * réteghatárok hozzávetőlegesen * * * * réteghatárok pontosan * * * * konzisztenciahatárok, szemcsesűrűség, szervesanyag-tartalom * * * víztartalom * * tömörség, tömörségi mutatószám, áteresztőképesség * * összenyomhatóság, nyírószilárdság * Alkalmazható mintavételi kategória A B C
Minták minőségi osztályai és a mintavételi kategóriák MSZ EN 22475-1 2010 Laboratóriumi vizsgálat céljára vett talajminták minőségi osztályai Mintavételi kategóriák 1. 2. 3. 4. 5. A B C - A kategóriájú mintavétellel 1-5 minőségi osztályú minták nyerhetőek - B kategóriájú mintavétellel 3-5 minőségi osztályú minták nyerhetőek - C kategóriájú mintavétellel 5 minőségi osztályú minták nyerhetőek Minta minőségi osztályai : -1 és 2 minőségű minta: a talajszerkezet semmilyen vagy min. mértékben változik az eredeti állapothoz képest ( talaj összetevők, kémiai összetevői ), víztartalom és hézagtényező nyírószilárdsági jellemzői in situ állapotúak - 3 típusú minta: a talaj összes alkotóelemét eredeti arányban tartalmazza és megtartja az eredeti víztartalmát. Az in situ állapot zavart. - 5 típusú minta: a talaj szerkezete teljesen megváltozik, a rétegek nem azonosíthatóak, víztartalom hamis
Mintavételi fúrásmódok, eszközök
Folyamatos spirál fúrás Max. fúrási mélység : forgatónyomaték/ 3 x spirál átmérő coll ban HSA, Holow Stem Auger Folyamatos spirál fúrás Példa: Fúrógép nyomatéke : 400 kpm Spirál átm : 160 mm = 6.4 coll Max. fúrási mélység :20.8 m Spirál fúrófejek
Hollow Stem Auger, belső üreges spirál alkalmazható 30 m-ig
Száraz magminta vevők max: 150 mm-ig - bevert mintavevő, keményebb talajokhoz (split tube barell), hidraulikuskalapáccsal - vékony falú mintavevő, puha talajok esetén statikus nyomással (thin wall sampler) 1 Béléscső 2 A magmintavétel kezdete 3 A magmintavétel vége 4 Az előfúrás talpmélysége 5 Légtelenítő nyílás 6 Minta D 3 A magcső vagy betétcső belső átmérője H Egyszeri magmintavételi hossz
Egyfalú mintavevővel szembeni követelmény Területi arányszám, kiszorított talaj terület aránya a minta területéhez, a minta zavartsága utal, legyen nagyobb 15 %-nál C o D2 D D 100 Belső bővülési arány, a falsúrlódás, mintavonszolás, legyen nagyobb, ne legyen nagyobb mint 0,5 % 4 4 C i D3 D1 D 1 100 Külső bővülési arány D2 D C o D 4 4 100 Vágóél kúpszöge max. 5 fok
Kőzetmagok töredezettségének jellemzése: RQD tagoltság, SCR épmagkihozatal, TCR teljesmag-kihozatal 1 Fúrás okozta törések 2 Van legalább egy teljes átmérő RQD tagoltság 3 Nincs teljes átmérő SCR magkihozatal 4 Roncsolódott TCR teljesmag-kihozatal 5 Nincs magkihozatal 6 Egyszeri magfúrási hossz
Kőzetmagok töredezettségének jellemzése: TCR teljesmag-kihozatal (Total Core Recovery): A kiemelt magminta teljes (ép és nem roncsolódott részének) hossza az egyszeri magfúrási hossz százalékában kifejezve SCR épmagkihozatal (Solid Core Recovery): Az ép hengerekként kiemelt magdarabok hossza az egyszeri magfúrási hossz százalékában kifejezve RQD tagoltság (rock quality designation): Azon magdarabok összegzett hossza az egyszeri magfúrási hossz százalékában kifejezve, melyeknek mindegyik keresztmetszetében legalább egy teljes átmérő kijelölhető, és amelyeknek a természetes törési felületek között a mag középvonala mentén mért hossza 100 mm vagy annál nagyobb
Wire Line triplafalú magcső, alkalmazhatóság korlátlan ELŐNYEI: * gyors mintavétel * biztosítja a lyukfal állékonyságát, (?) * TCR (?) min. 100 %, homokban 70 % * RQD (?) pontos felvétele, * legkevésbé roncsolja a mintát (?) * nem növeli a minta víztartalmát * liner védi a magmintát, (?) * megőrzi részben a konszolidáltságot (?) * egyaránt alkalmas ásványi és geotechnikai célú magminta vételre
Liner és magkivétel Geobor S
Wire Line fúrókoronák
Geotechnikai szondázások eszközök Dr. Horváth Tibor GEOVIL Kft. Canterbury Enginnering Association (UK) 2013. november 26. GEOVIL KFT. GEOVIL Kft. GEOTECHNIKAI IRODA 2000 Szentendre, Pf. 121. www.geovil.hu; geovil@geovil.hu
Geotechnikai szondázások Dinamikus szondázás SPT ( Standard Penetrometer Test) Statikus szondázás CPTU (Cone Penetrometer Test) Presszióméterek Dilatomérer Nyírószondázás
Szondázási eljárások
Dinamikus szondázások
Dinamikus szondázás szondacsúcs és szondázó berendezés
Dinamikus szonda eredmények, felhasználásuk A szondázási eredményekből jól meghatározható: - talajrétegződés - szemcsés talajok relatív tömörsége A szondázás jól alkalmazható: homokban A szondázás közepes megbízhatósággal alkalmazható: - kavics - iszap - agyag - tőzeg rétegekben Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M. 1997 Cone penetration testing in geotechnical practice
Dinamikus szonda alapján belső súrlódási szög becslése
Dinamikus szonda alapján összenyomódási modulus becslése
SPT - szondázás Standard Penetrometer Test
SPT szondateszt készítése
SPT szondázás és eszközei Az SPT vizsgálatot eredetileg kohézió nélküli talajok vizsgálatára fejlesztették ki, - egyszerű és gyors talajvizsgálati módszer, világszerte alkalmazzák kötött talajokban is, tetszőleges alapozási mód esetében. - a vizsgálatok nagy száma, elterjedése korrelációs lehetőséget biztosít az eredmények kiértékelésére. - Az SPT vizsgálatok során egyúttal talajmintavétel is történik.
SPT talajvizsgálat, példa a feldolgozásra
CPTU statikus szondázás
CPTU, statikus szondázás
CPTU Statikus szondázási adatok
CPTU szondázási eredmények felhasználása
Talajazonosítás CPTU alapján
CPTU szondázásból származtatható mechanikai jellemzők
Megbízhatóan meghatározható a: talajtípus, talajrétegződés, pórusvíznyomás, cölöpteherbírás; Közepes megbízhatóság galszámítható az: (ideálisan) szemcsés talajok belső súrlódási szöge, kötött talajok drénezetlen nyírószilárdsága, a talajok (relatív) tömörsége, összenyomódási modulus, konszolidációs együttható, áteresztőképességi együttható, előterheltség (OCR) mértéke, cölöpsüllyedés e T., Robertson P.K., Powell, J.J.M. 1997 A szondázás jól alkalmazható: homokban iszapban agyagban tőzegben A szondázás nem alkalmazható: kavicsban
CPTU szondázás célja- előnye - hátránya Célja : - talajréteződés és talaj fajta ( kötött- kötetlen )meghatározása - talajfizikai paraméterek meghatározása ( F, C, rug. modulus ) - geotechnikai tervezési paraméterek megadása ( in situ víztartalom, pórusvíznyomás, nyírási modulus és nyíró szilárdság, konszolidációs tényező, disszipációs test) Előnye : - mérési pont 2 cm-ként - minimális megbontása az eredeti talajállapotnak - a geotechnikai tervezésben jól használható digitális adatsorok - valós idejű digitális adatkezelés és rögzítés - gyors vizsgálati módszer, napi 100-120 fm Hátránya:???
Presszióméterek Ménard típusú presszióméter, PBP Önbefúró, Self Boring Presszióméter, SBP Lapdilatométer PIP
Menárd Presszióméter Test
Presszióméteres mérés jelleggörbe
Menárd presszóméter- szonda
Presszióméter beépítése
Digitális Ménárd presszióméter
Presszióméter vezérlő egység
Presszióméter mérőszonda
Menárd presszióméter munkahelyen
Menárd presszióméter mérési eredmények
Menárd presszióméter felhasználási területei
Önbefúró presszióméter Self Boring Pressiometer
Önbefúró pressióméter ( Self Boring Pressiometer, SBP )
GEOVIL KFT. Önbefúró presszióméter, SBP
Self Boring Pressziometer beépítés (Bp. 4,metróvonal, Kelenföld állomás )
SBP Pressióméter általános görbe Mérési pontok Konvencionális meghatározása a nyírási modulusnak
Önbefúró presszióméter (SBP) mérési görbe 3000 2500 KE-F1 Test 2 @ 14.00 Metres KE-F3 Test 2 @ 14.00 metres Teljes nyomás a furatfalon (kpa) 2000 1500 1000 500 0-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 Sugárirányú elmozdulás (mm) Kelenfold SBP Tests 14.00 Metres
Önbefúró presszióméteres talajvizsgálat Self Boring Pressuremeter
Súrlódási szög max. és nyírószilárdság értékei vs. mélység
Insitu vízszintes feszültség és normalizált Young féle modulus
K 0 és túlkonszolidáltság OCR
Drénezetlen nyírószilárdság és törési feszültség a mélység függvényében
Nyírószondázás Shear Vane Test
Nyíró szondázás eszköze
Geonor Nyírószonda mérés közben
Nyírószondázási diagram F1 nyírószilárdság vizsgálat nyírószilárdság 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 2 14 26 38 50 62 74 86 98 110 fok 122 134 146 158 170 182 194 1,3 m 2,6 m 3,6 m 4,5 m 5,5 m 6,6 m 7,6 m 8,6 m 9,6 m 10, 6 11,6 m 12,6 m
Terepi nyírószondázás felhasználhatósága
Dilatométer
Lapdilatométer eszközei
Lapdilatométeres szondázás, PIP
Lapdilatométer mérési eredmények
Lapdilatométer felhasználási terület
GEOFIZIKAI MÉRÉSEK Cross hole Down hole
Downhole mérések elvi vázlata 0.00 m é lysé g [m ] 10.00 20.00 Vs Vp 0.00 1000.00 2000.00 3000.00 s e b e s s é g [ m / s ]
16.00 Crosshole mérés elvi vázlata Regisztráló se b e ss é g [m /s ] 0 500 1000 1500 2000 2500 0.00 Jelmagyarázat 4.00 Vp [m/s] Vs [m/s] lyukbéli szeizmikus forrás sugárút lyukbéli vevőszondák 2. réteg m é lysé g [m ] 8.00 12.00
A szeizmikus mérésekkel meghatározható dinamikus paraméterek
Altalaj típus A B C D E S 1 S 2 EUROCODE 8 talajosztályozási rendszere Leírás V s,30 (m/s) N SPT (ütés/30cm) c u (kpa) (undrained shear strength) Olyan kőzet, vagy egyéb képződmény, amelynek legfeljebb 5 m vastagságú lazább fedője van. > 800 Olyan nagy tömörségű homokból, kavicsból vagy erősen konszolidált agyagból álló szilárd üledék, amely néhányszor 10 m vastag, a mélységgel fokozatosan egyre kedvezőbb mechanikai paraméterekkel jellemezhető. Vastag, tömör, közepesen tömör homokból, kavicsból, vagy közepesen szilárd agyagból álló üledék, amelynek vastagsága néhányszor 10 m-től több száz méterig terjedhet. Közepes és laza állapotú kohéziómentes anyagból álló (esetleg néhány gyengén kohéziós réteget tartalmazó) üledék, vagy döntően lágy, illetve közepesen szilárd kohéziós talajokból álló üledékek. Olyan rétegsor, amely 5-20 m közötti vastagságú C vagy D típusba tartozóhoz hasonló V s sebességgel jellemezhető fedőből és az A kategóriába tartozó feküből áll Nagy plaszticitású (PI>40), legalább 10 m vastag réteget tartalmazó, vagy teljesen abból álló nagy víztartalmú üledék Folyásra hajlamos talajok, agyagok, és bármely a fentiekbe nem sorolható egyéb rétegsor 360-800 50 250 180-360 15-50 70-250 < 180 15 70 - < 100 _ 10-20
Köszönöm a figyelmüket. GEOTECHNIKAI IRODA 2000 Szentendre, Pf. 121. www.geovil.hu; geovil@geovil.hu Irodalom : 1. Burt Look: Handbook of Geotechnical Investigation, Taylor & Francis, 2007 2. G. Sanglerat : The Penetrometer and soil Exploration, Elsevier, 1972 3. Institute of Civil Enginner of London : Advances in Site Investigation Practice, 30-31. March, 1995, London Uk. 1995 4. ISSFE: Report of the sub-comittee on the penetratio tast use in Europe 5. B.G. Clarke : Pressiometers in Geotechnical Design, Blackie Academik&Professional..