Architecture | Earthworks » Dr. Kovács Miklós - Közlekedési pályák földművei

Dr. Kovács Miklós egyetemi docens (előadás jegyzet) Számítógépes adaptáció: Tüske Tamás ! 2002. (ábrák külön) dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei Közlekedési pályák földművei Bevezetés: a tárgy programjának ismertetése I. FEJEZET: Az útpályaszerkezet és a vasúti pálya alatti földmű teherbírása A közúti és vasúti pályák a rajtuk haladó járművek terheit a felépítmény közvetítésével adják át az altalajnak. A felépítmény közúti pályák esetén az útpályaszerkezet, vasúti pályáknál a vasúti pályaszerkezet. Az átadott statikus és dinamikus terhek a talajban feszültségeket okoznak, melyek hatására az altalaj minőségétől és állapotától függően alakváltozások jönnek létre. Ezek az alakváltozások a klasszikus talajtörésig ritkán jutnak el, viszont a felépítmény szinthibái, süllyedései, repedései, egyenlőtlenségei miatt a pálya használhatóságát erősen

lecsökkenti, esetleg használhatatlanná teszi. A közlekedési pályákhoz tartoznak még a repülőterek gurulóés kifutópályái, a nagyméretű, nagyterhelésű parkolók, kamionterminálok, rakodóterületek. Tágabb értelemben a viziutak és a hajócsatornák valamint védműveik is a közlekedési pályákhoz tartoznak. Itt a terhelés és s megoldandó problémák jellege eltérő az előbb említettektől. Ezen kérdésekkel egy a geotechnikával kapcsolatatos részben, a „Vízépítési földművek” című tárgyban foglalkozunk. II. FEJEZET: Közlekedési pályák felépítményeivel érintkező földművek teherbírása 1.1 Közúti pályaszerkezetek esetén A közúti pályaszerkezetek felépítése: 4.ábra ---- hajlékony pályaszerkezet 5.ábra ---- merev pályaszerkezet (félmerev pályaszerkezet) Alapfogalmak: Pályaszerkezet: Magában foglalja a burkolatot, burkolatalapot, védőrétegeket is (ha van). Földmű: A, Pályaszerkezet méretezése

szempontjából szűkebb értelemben A töltések és a bevágások tömörített altalaja, amely alátámasztja a pályaszerkezetet.(Földműnek számít az esetleges javított talajréteg is. 1 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei B, Pályaszerkezet méretezése szempontjából tágabb értelemben: Földmű a teljes töltéstest, a bevágások mesterséges rézsűi, padkák, pályatest alatti tömörített rétegek. 6ábra 7ábra A régi útépítés nem sok gondot fordított az utak alapját képező talajra, jóllehet tapasztalatból tudták, hogy ha az akkor szokásos makadámburkolat kövei közé, pl. a puha iszaptalaj benyomódik, a burkolat teherbírása csökken. E követelmények teljesítése messzemenően függ az altalaj minőségétől. A kezdeti empirikus utat csakhamar felváltották a talajmechanikai kutatások eredményei. Az útépítés talajmechanikája egy külön ágazata lett a geotechnikának. A specializálódás szükségessége

a következő ábrákból is látszik: épületek esetén közúti pályák esetén 9-15-20 m 2-3 m 5-10-15 m A közlekedési pályákat igen intenzív mechanikus és klimatikus hatások érik. Mechanikai hatások: - függőleges statikus terhek - függőleges dinamikus terhek (ütések, rezgések) - vízszintes erőhatások (pl. fékezésnél) 2 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei Klimatikus hatások: - víztartalom változásból kiszáradás -> zsugorodás átázás -> duzzadás - fagy -> jéglencse képződik - olvadás -> felpuhulás, teherbírásvesztés A pályaszerkezet alatti földmű vizsgálata kapcsán a következő kérdésekkel foglalkozunk: - a talajfelderítés, a talajmechanikai vizsgálatok - a pályaszerkezet alatti földmű teherbírásának minősítése - CBR vizsgálat, tárcsás próbaterhelés, lehajlásmérés - tömörség és tömörítés kérdései - térfogatváltozási problémák - fagy és olvadási

károk kérdései Talajfelderítés, talajmechanikai vizsgálatok közlekedési pályák földműveihez A, Anyagnyerő helyre vonatkozó vizsgálatok - a földműépítésre való alkalmasság, a fejtési osztály és tömörítési osztály megállapítása - az anyagnyerőhelyen a be- és a nem beépíthető anyagok térbeni elhelyezkedésének és tömegének meghatározása - a talajok előzetes laboratóriumi vizsgálatai - a talajok esetleges kezelési szükségességének (nedvesítés, szárítás, keverés) vizsgálata - az anyagnyerőhelyek művelésével kapcsolatos környezeti hatások vizsgálata - a felhagyott anyagnyerőhelyek utólagos rendezésének (rehabilitációjának) vizsgálata B, A földmű területén és környezetén vizsgálandó vizsgálatok - a földmű rézsűinek, valamint a környező terep és építmények állékonyságának vizsgálata - a talaj és rétegeinek építés előtti és utáni állapota III. FEJEZET: Tömörítés Lásd még: Kabai

Imre- Geotechnika I. (235 Tömörség) A 8.ábra és a 9ábra a (laboratóriumi) dinamikus és a statikus tömörítés jellegzetességeit mutatja be. A 10ábra a terepi tömörítés eltéréseit mutatja. (Nem egy talaj vizsgálatáról van szó!) 3 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei A dinamikus és statikus hatással való tömörítés összehasonlítása Általános következtetés, hogy dinamikus úton sokkal kisebb energiával érhető el ugyanaz a tömörség, mint statikus terhelés esetén. A hengerlést, azonban, mint statikus tömeggel történő tömörítést nem szabad feledni, mivel viszonylag kis energiabefektetést igényel. Hengerléssel a kissé kötött talajok tömöríthetők hatékonyan. A tömörítés hatása a talajfizikai jellemzőkre A tömörítés célja, a talaj mechanikai tulajdonságainak a javítása. Tisztázni kell, hogy a kész földmunka milyen követelményeknek kell, hogy megfeleljen. A szilárdság és

tömörítési módszerek A különböző módszerekkel tömörített átmeneti és kötött talajok azonos tömörség mellett is eltérő tulajdonságokat mutatnak fel. A nyomószilárdság változása látható a 11ábrán különböző tömörítési eljárásoknál. A statikus tömörítés négyszer akkora szilárdságot adott, mint a gyúrt vagy döngölt talaj. A teherbírás és összenyomhatóság kölcsönhatásának vizsgálata - az altalaj teherbírása és összenyomhatósága a töltés alatt, a földműre helyezett vagy ahhoz épített szerkezetek állékonysága, mozgásai - felszíni vizek hatásai - fagyveszély kérdése - védő- és támasztóművek létesítése Különleges vizsgálatok - süllyedés, tömörödés, alakváltozások és elmozdulások mérése (esettanulmányok során MSZ-07-3306) - pórusvíznyomások mérése (lásd még: Geotechnika I., 25 Víz a talajban) - teherbírás, nyírószilárság meghatározása A tömörség és a teherbírása

kapcsolata Az útpályák állékonyságának előfeltétele az a alattuk levő földmű megfelelő minősége, a talaj alkalmassága és kellő tömörsége biztosít. A földműnek bizonyos követelményeket kell kielégíteni. E követelmények között az állékonyság után a tartósság és a mozdulatlanság szerepel a leggyakrabban. A földmű mozgásainak, mint az ülepedés az önsúlyból és a forgalmi hatásokból, a víz okozta térfogatváltozás (felpuhulás, a fagy hatása), káros hatásai a földmű megfelelő tömörítésével vagy teljesen kiküszöbölhetők, vagy minimálisra csökkenthetők. A talaj maximális száraz testsűrűsége (ρ dmax ) az a legnagyobb térfogatsűrűség, ami különböző víztartalom 4 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei mellett, adott tömörítőmunkával érhető el. Ez kísérlettel határozható meg. Az egyszerű és a Proctor-tömörség meghatározására szolgáló berendezések adatai:

Mértékegys. Egyszerű Proctor Módosított Proctor tömörítési módosított kísérleti Minta köbtartalma (V) A rétegek száma (r) Döngölő tömege (m) Ejtési magasság (h) Ütésszám (n) cm 30,5 db 25 2080 5 2,5 46 25 cm3 2080 db 3 kg 2,5 A kísérlet eredménye: ρd [g/cm3] ρdmax [g/cm3] Sr=1 wopt w [%] A Proctor görbe alakja megfelel annak a tapasztalatnak, hogy sem teljesen átázott, nedves talaj, sem az erősen kiszárított talaj nem tömöríthető hatásosan. Az átázott talaj a döngölő elől kitér vagy a hatására csak semleges feszültségek keletkeznek. Száraz talaj esetén a tömörítőmunka jó része a kemény rögök felaprítására fordítódik. Fontos jellemző, hogy a görbe két ága milyen távolságban halad egymástól. Minél közelebb haladnak egymáshoz, annál érzékenyebben reagál a talaj víztartalom változására. Minél kövérebb a talaj, annál nagyobb a w opt értéke, és annál kevésbé érzékenyen

reagál a víztartalom változására, és annál kisebb az elérhető ρ d . Egy talaj annál jobban tömöríthető, minél vegyesebb szemszerkezetű, minél nagyobb az U [egyenlőtlenségi mutató U=d(60)/d(10)]. (Nem abszolút jellemző!) 5 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei Hibalehetőségek a Proctor-vizsgálatoknál - talaj ismételt felhasználása a kísérleteknél nem engedhető meg, ugyanis tapasztalat, hogy a többszöri betömörítés, az aprózódás hatására változik a talajszerkezet és az ismételt felhasználás után tömörebb lesz. ρd [g/cm3] ρdmax [g/cm3] Ismételten felhaznált minta Új minta wopt - a kísérletnél felhsznált hibalehetőséget jelent. w [%] minta szárítása, nedvesítése ρd [g/cm3] ρd [g/cm3] is Szárítókályhában agyag Levegőn wopt w [%] wopt w [%] A szárítás módjának hatása A tömörítési mód hatása A laboratóriumi tömörítési vizsgálat döngöléssel

történik. A földmű tömörítését ugyanakkor hengerléssel, vibrálással, vibrohengerléssel, különböző fogas hengerekkel stb. végzik Ezek tömörítő hatásai eltérőek. A tömörítés hatásos végrehajtásához több tényező optimális megválasztása szükséges: - talajfizikai állapot - a tömörítőeszközök technikai jellemzői 6 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei - a tömörítés módja - a tömörítendő talaj terítése vastagsága E négy fő tényező jó összehangolása biztosítja az igényeknek megfelelő, jóminőségű tömörítést. A tömörítési munkákkal kapcsolatban három feladat megoldása szükséges: A. a talaj szükséges tömörségének meghatározása B. ezen talajállapot eléréséhez szükséges tömörítőeszközök és módszerek kiválasztása C. A kivitel során folyamatos és gyors eredményt adó ellenőrzés alkalmazása A minőségi földmunka első feltétele a laboratóriumi

vizsgálati eredményeken alapuló gondos tervezés. Egy adott talaj tömörítése során változtathatjuk a beépítési víztartalmat (w), a tömörítő munkát (W) és a tömörítés módját (φ). Ismeretes, hogy egy talajt különböző víztartalommal (konzisztencia-állapot) tömörítve a száraz térfogatsűrűség tömörítés utáni értéke a víztartalomtól függ. Vizsgáljuk meg ezután a töltések állékonyságát biztosító nyírószilárdsági jellemzők változását a tömörítési munka során. Szemcsés talajokban csaknem egyértelmű összefüggés van a hézagtényező (e) (vagy ρ d ) és a nyírószilárdság között. A hatékony normálfeszültséggel arányos nyírószilárdsági alapegyenlet szemcsés talajokban korlátozás nélkül érvényes: τ=(σ-u)*tgφ’ A ρ d és a φ’ között számos tapasztalati összefüggés ismeretes. Kötött talajokban a nyírószilárdság érzékenyen reagál a talajállapot változására, a beépítés és

a tömörítés során. A 12.ábra tömörített anyag nyírószilárdságának a víztartalom függvényében történő változását mutatja. Bjerrum kísérletei nyomán. Adatok és következtetések: - Kísérleti tartomány: τ rρ > 95% - τ ρmax : w opt alatti víztartalomnál - w > w opt  τ s rohamosan növekszik A 13.ábra után következő fóliák a nyírószilárdság és a tömörítőmunka függvényében adottak. Következtetés: a τ s növekedése csak 1200 kJ/m3 tömörítőmunka értékékig tart, onnét cca. konstans A 14.ábra fekvő ábráján a tömörítési munka és a víztartalom függvényében adott a nyomószilárdság. Következtetés: - a σ nymax értékek w < w opt = w p víztartalomnál mérhetők - a w > w p értékeknél a σ ny kicsi és rohamosan csökken. 7 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei A 15.ábra két talaj esetén hasonlítja össze a nyírószilárdság a fajlagos tömörítőmunka

függvényében. A (τ s ) változását homokliszt kevesebb munkával tömöríthető, nagyobb szilárdság is jelentkezik 12000 kJ/m3 tömörítőmunkáig. A 16.ábra Plem és Wolf kísérleteit mutatja φ=ƒ(ρ d ) és E s =ƒ(ρ d ) konstans (600 kJ/m3) tömörítőmunka esetén. A 17a.ábra bemutatja, hogy a tömörítés megváltoztatja a talaj fázisos összetételét. Kötött talajok esetében a talajszerkezet is fontos szerepet játszik a fizikai tulajdonságokra való kihatásban. Szemcsés talaj szerkezetének jellege nem változik a w-től függően. Kötött talajoknál - koagulált száraz oldal - diszpergált nedves oldal 17b.ábra, ábra szerint A 18.ábra szerint: szerkezet hatása a talaj szilárdságára A 19.ábra szerint: A kötött talajok áteresztőképessége a tömörítési víztartalom függvényében. A víztartalom tapasztalatok. utólagos megváltozásával kapcsolatos A megépült földműveknél végzett utólagos feltárásoknál sok esetben a

tervezéskor előírt víztartalomhoz képest nagyobb w-t és kisebb tömörséget lehet megállapítani. A víztartalomváltozás hatására sokszor térfogatváltozás következik be A vízfelduzzadás a burkolattal lezárt földműben termodinamikai hatásokkal magyarázható. A víztartalom-változás jelenségének vizsgálatára telítési és függőleges beszivárgási görbék készültek a tanszéken, 4 talajféleséggel. A vizsgálatok többféle kezdeti tömörséggel, de közel azonos (w ≈ w opt ) víztartalommal készültek. A fekvő 20.ábra a kapillárisan elérhető telítettséget mutatja. Ezt a „kvázi telítettséget” csak mechanikus hatással lehet növelni. A vizet elektromos erő kötik le a szemcsék felületére, emellett a szabad pórusokba levegő szorul be. A (?)lósan (függőleges) nedvesített talajokban és egy bizonyos idő elteltével kialakul egy állandó fázisos összetétel. Megállapítások: a laza talajok kevesebb vizet képesek

felszívni, mint a tömörebbek. Ok: a fázisos összetétel (alsó ábra!) a függőleges beszivárgással nagyobb kvázitelítettségű állapot érhető el, mint kapilláris úton A 21a és 21b.ábra a beszivárgási sebességet és a beszivárgási idő közötti összefüggést mutatja be a vizsgált talajfajták esetén. A tömör átmeneti talajok (2,3,4 jelű) vízfelvétele térfogatváltozással jár (22.ábra) 8 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei Tömörségi előírások útépítési földmunkáknál Az MSZ 15105 a tömörségi fok legkisebb értékére tartalmaz előírásokat. Az MSZ 04-802/1 tömörségi és teherbírási követelményekre vonatkozó előírásokat tartalmaz. Az MSZ 07-322 útépítési földmunkák című ágazati szabvány az útépítésnél alkalmazandó tömörségi előírásokat ismerteti. A 23.ábra út és egyéb szerkezetek alatti tömörségeket ismerteti. Végezetül a 24.ábrán talajok jellegzetes

tömörítési adatait láthatjuk. A tömörítés munkahelyi feltételei Egy meghatározott talajból készülő töltés építésénél a talaj w opt közeli víztartalma és megfelelő tömörítési módszer alkalmazására van szükség. A tömörítőgép típusát a talaj anyagának, a töltés mennyiségének, elhelyezésének, és a szükséges tömörségi fokának megfelelően kell kiválasztani. A tömörítő módszerekkel kapcsolatos megállapítások - - - statikus tömörítés szilárdabb talajt hoz létre, mint a gyúrás, de a talajban nagyobb duzzadási nyomás mérhető. száraz oldali tömörítésnél szilárdságban nincsenek jelentősebb eltérések. nedves oldali tömörítésnél a szilárdság csökken (ábrák) Alkalmazandó sorrend: - statikus tömörítés - vibrálás - döngölés a különböző típusú hengereknél a hengerlési élnyomás növekedése a tömörség növekedését idézi elő (25.ábra) minél több finomrészt tartalmaz a talaj,

annál nehezebb vibrációsan tömöríteni a tömörítőeszközök alatt levő feszültségek: - 26.ábra -> különböző tömörítőeszközök alatt - 27.ábra -> eltérő talajtípusoknál, illetve változó sebesség esetén a tömörítendő rétegvastagságot a tömörítőgép típusától függően, a szükséges járatszámot a szükséges tömörítési munka alapján állapítjuk meg. Vezessük be a fajlagos terítési vastagság fogalmát: h h’=  = n 5 a terítési vastagság  a felületen áthaladt járatok száma Például a 28.ábrán, kavicsos homoknál τ rρ =95% elérése h’=1,5cm fajlagos vastagság esetén lehetséges, n= 8 esetén a 9 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei terítési vastagság 12-40 cm között változik. Vibroengernél 24-40 cm is elég. A 29.ábra a fajlagos terítési vastagságok és átlagos tömörségek viszonyát

mutatja be. A 30.ábra tömörítő eszközök hatásosságát mutatja be különböző talajok esetén. Próbatömörítés Célja: az adott talajra alkalmas tömörítőeszköz és annak optimális munkafeltételeinek (műszaki paraméterek) kiválasztása A próbaszakasz elrendezése (31.ábra): L v =15m B v =5m e=6% (maximum) A próbatömörítés végrehajtása: - a támasztó nyomok (szélső) tömörítése, majd a vizsgálati mező (nyom) tömörítés e (max 10% átfedéssel) - a tömörség vizsgálata: - minta három helyről, a réteg alsó harmadából - tárcsás terhelés A tömörítés mérőhelyének ellenőrzése, gyakoriság és az eredmények minősítése A tömörítés vizsgálati gyakoriságát a 32.ábra 3táblázata írja elő. Minősítés: - azonos technológiájú, azonos anyagok kerüljenek egy minősítési tételbe - a mérési helyeket véletlenszerűen kell kijelölni. - egyenletes kiosztású mintavételi helyek legyenek - értékelés: egyedi

eredménynek az előírt értékhez történő hasonlításaval. Itt negatív tűrés: 3% Az eredmények 20%-a (a többi) az előírt értéket eléri vagy meghaladja. - Statisztikai értékelés: Megfelelő, ha x-1,456*s ≥ E-T ahol: x s E T – – – – eredmények középértéke eredmények szórása előírt tömörség tűrés 10 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei A földmű teherbírásának helyszíni és laboatóriumi vizsgálatai Az aszfaltburkolatú pályaszerkezetek méretezési eljárása azon alapul, hogy a földmű várható legkedvezőtlenebb teherbírási modulusa (E 2 ) legalább E 2 =40 MN/m2 A teherbírási modulust tárcsás próbaterheléssel helyszínen (∅= 300 mm átmérőjű tárcsával) vagy laboratóriumban (∅= 40 mm átmérőjű terhelő koronggal) lehet meghatározni. Elfogadott a régebben álatalánosan alkalmazott CBR vizsgálat is, a CBR eredmények tehrebírási modulusra történő átszámításával. A

vizsgálatokat az MSZ 2509/1-3 írja le 1. CBR vizsgálat (Californian teherbírási tényező) Bearing Ratio) (Kaliforniai Egy előírt méretű tömör hengernek a vizsgált talajba előírt nagyságú benyomódásához szükséges terhelés és egy összehasonlító anyag ugyanazon benyomódásánál mért terhelés hányadosa, százalékban kifejezve. A mérési eljárás alkalmas 20 mm-nél kisebb szemcséket tartalmazó javíott talajrétegek és pályaszerkezeti ágyazatok teherbíróképességének a jellemzésére. A helyszíni CBR éték 0,1 m vasatgságú rétegenél alkalmazható. A CBR vizsgálat elvégezhető A. Laboartóriumban: - tervezettnek megfelelően bedolgozott tömörségű és víztertalmú mintán - zavartalan talajmintán B. helyszínen kész úttükrön vagy alsó alaprétegen (A helyszíni CBR-t ritkábban alkalmazzák a laborhoz viszonyítva) Laboratóriumi CBR vizsgálat: A talajmintát az un. CBR edénybe tömörítjük be, amlelynek méretei

megyegyeznek a módosított Proctor kísérletnél használt henger alakú edénnyel. ∅=152 mm, h=114 mm, döngölő:(lásd Proctor) 4,5 kg, ejtési magasság:46 cm, tömörítés 5 rétegben. A minta előkészítése és bedolgozása. A méretezlsre szolgáló CBR értéket a talaj tervezett tömörségére és víztartalmára kellmeghatározni. A tervezett tömörség általában T rρ = 90% ill T rρ = 95%. A víztartalom pedig w opt –nál nagyobb víztartalom (a biztonság miatt). Az alkalmazott módszer: - különböző tömörségű és különböző víztartalmú mintákon végzett kísérlettel - azonos víztartalommal (általában w opt +∆w) és különböző (min.3 féle) tömörséggel - Proctor és CBR vizsgálat együtt történik - CBR vizsgálat történhet kiszúrt, zavartalan mintán és helyszíni vizsgálat helyett 11 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei A CBR érték meghatározása: - a terhelő henger (dugattyú) talajba

történő benyomódása ellentartó Hidraulikus terhelő erőmérő nyomóhenger 5 cm terhelő korongok (1db =22,5 N) 114 mm 152 mm CBR edény (módosított Proctor edény) F [kN] A kísérlet B kísérlet C kísérlet F 5(C) 2,5 - 5,0 - C F(2,5) CBR%= ---------- * 100 13,3 vagy B F(5,0) CBR%= ----------- * 100 20,6 A Az összehasonlítási alapként elfogadott tömör anyag penetrációs adatai a nagyobb a CBR% !!! F 2,5(A) 2,5 5 Benyomódás [mm] 12 dr. Kovács Miklós BME Terhelés: 1,25 mm/perc Leolvasások: 0,6 mm 1,2 mm 1,9 mm 2,5 mm 5,0 mm 7,5 mm 10,0 mm (0,5 (1,0 (1,5 (2,0 (4,0 (6,0 (8,0 Közlekedési pályák földművei min) min) min) min) min) min) min) A tervezési CBR érték meghatározása egyesített tömörítési és CBR vizsgálattal is lehetséges. A térfogatváltozás vizsgálata A szabvány a CBR vizsgálatnál ismerteti, mivel a kísérlet végén a CBR érték is meghatározható: - a talaj beépítése a már ismertett módon,

döngöléssel - CBR edényt elárasztásra alkalmas tartályba helyezzük - talajminta felkészítése szűrőpapírral perforált horony (?), ill. - meghatározás, mérőóra beállítása, amely a duzzadást méri - elárasztás 15 mm-rel a minta feletti vízszinttel - duzzadásmérés 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 ;4,0 stb időközönként - a duzzadás számítása Az E 2 meghatározása CBR vizsgálatból E2=10* √ CBR2 [MN/m2] 3 Például: E 2 =10* √ 82 3 =40 [MN/m2] Ha a földmű teherbírási modulusa kisebb mint 40 MN/m2, a földműre javítóréteget kell építeni. A javítóréteg vastagsága a 35.ábra alapján határozható meg IV. FEJEZET: Pályszerkezetek alatti víztelenítés A pályszerkezet alatti földmű víztelenítésének célja: - a földmű teherbíró képességének megőrzése - védelem a fagykárok ellen A pályaszerkezet-víztelenítés lényegében a védőréteg víztelenítése. Megoldások láthatók a 36.ábrán: 13 dr. Kovács

Miklós BME Közlekedési pályák földművei - végigmenő paplanszerű kivezetéssel (I. biztonságos!) - 6-8 méterenkénti padkaszivárgós kivezetéssel (II. olcsó, de eltömődés esetén vagy kivezetési hiba esetén károsodások lépnek fel) - bevágásban az árok LegNagyobb Vízszintje felett min. 0.1 m-rel kivezetett paplanszivárgó (III) Autópályáknál: - töltésben: mint nem autópálya esetén - bevágásban: (37.ábra szerint) I-II szélein a padka alatt hossz-szivárgó, 50-80 méterenként aknába bekötve Egyéb autópályánál alkalmazott megoldások (38.ábra): A. - védőréteg rézsűre paplanszerűen kivezetve töltésben - szemcsés altalajú elválasztósáv esetén külön víztelenítés ott nem szükséges - kötött talaj esetén víznyelők, aknák, keresztcsatornák B. - vízszintes ívben felső pályáknál (töltés) - folyóka víznyelőkkel C. - bevágás esetén: oldalszivárgó, víznyelő aknák bekötve D. (39ábra) - bevágás ívben

- pálya és terepszint közel azonos - eltérő pálya és terepszintek esete V. FEJEZET: Fagy és olvadási károk Az altalaj fagyveszélyessége A földmű viselkedését átmeneti és kötött talajok esetén a talaj víztartalma döntő mértékben meghatározza. A talajfagyások hatására az átfagyott zónában jelentős víztartalomváltozások jöhetnek létre. E víztartalomváltozások mind a fagyási periódusban, mind az olvadás időszakában a fagyveszélyes talajban a ráterhelő építmények szempontjából káros jelenségeket idézhetnek elő. E káros jelenségek nevezetesen: - a jéglencseképződés és térfogatnövekedés a fagyáskor - a talaj teherírásvesztése a megnövekedett víztartalom miatt az olvadáskor 14 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei Károsodás mindkét esetben, tehát fagyáskor és olvadáskor csak akkor lép fel, ha a víztartalomképes növekedni a fagyási zónában. További fontos tényező, a

vizsgált hely meteorológiai adottsága, amely meghatározza a fagy jellemzőit. A károk jellegét és mértékét a pályaszerkezet jellemzői és a forgalmi terhelés is befolyásolja.A befolyásoló tényezők tehát: - a pályaszerkezet alatti talaj fáyózisos jellemzői - a talajvízviszonyok, a csapadékok elvezethetőségének lehetőségei - a meteorológiai adottságok - a pályaszerkezet jellemzői - a forgalmi terhelés Jégképződés a talajban Tömbfagyás: szemcsés talajokban a hézagokban levő víz teljes megfagyásával. A jelenségkora vízre vonatkozó természeti törvények érvényesek. Tömbfagyáskor a talaj víztartalma nem változik. Lencsés fagyás: az átmeneti és kötött talajokban vízszintes jégerek, jéglencsék képződnek. A jéglencsék vize a nedves talajból és kapilláris úton a talajvízből származhat. Utóbbi esetben a jéglencsék folyamatos vízutánpótlás miatt nagyra nőhetnek, és jelentős térfogatnövekedést okozhatnak,

amivel a pályaszerkezetet megrongálhatják. (40ábra) A jéglencseképződés veszélyének kérdései tehát: - a fagytartam alatt milyen mélyre hatol a fagy? - milyen fagyásforma várható az altalajtól függően? - megvan-e a vízutánpótlás lehetősége? Fagykárkritériumok - Casagrande (1934) - Scheikde (1937) -> - G. László (1958) - KPMSZ Ut-2-75 d < 0,002; d < 0,02; d < 0,1 KPMSZ Ut-2-75 I.táblázat: a talajok minősítése fagyveszélyesség szempontjából A fagykárok megelőzése Fagykár veszélye áll fenn, ha egyidejűleg: - a földmű felső 0,5 m vastag rétege fagyérzékeny vagy fagyveszélyes - ha e réteghez utánpótlódó víz juthat - ha a decemberi T.V szint 2,20 m-nél jobban megközelíti az úttükör szintjét 15 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei Eljárások a fagykár megelőzésére: - fagyvédő réteg beépítése a pályaszerkezet alá - a talajvízszint süllyesztése, ill. rétegvizek

elvezetése szvárgókkal - a pályaszerkezet megemelése - hőszigetelő réteg beépítése a pályaszerkezet alá A fagyvédő réteg méretezése A fagyvédő réteg vastagsága (h v ): hv=F-Σ(hi*fi) Ahol: F – éghajlati körülményeket jellemző I.táblázat h i - az egyes pályaszerkezeti rétegek f i - az egyes pályaszerkezeti rétegek (hőszig., szilárdság, vízzáróság II.táblázat (42ábra) állandó [cm] vastagsága [cm] anyagi jellemzője függvényében) A védőréteg 5 cm-es kerekítéssel minimum 15 cm lehet. Védőréteg anyagai: - fagyálló szemcsés talaj - talajstabilizáció - hőszigetelő réteg Szemcsés védőréteg anyaga: - I. táblázat szerint fagyálló - Durva szemcsék nem mállanak - d max < 2/3 h - kohósalak esetén pernyetartalom kisebb 5%-nál és I v < 10% - tömörítés után a 0,1 m alatti frakció nem haladhatja meg a tömörítés előtti tömeg% 1,5-szeresét Beépítés: - pályaszinttel azonos lejtéssel -

víztelenítés % védőréteg 16 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei Olvadási kár (41.ábra): - ha a földmű 0,5 m vastag felső rétege fagyveszélyes vagy fagyérzékeny - nincs vízzáró padkaburkolat vagy 0,5 m-rel túlnyúló vízzáró alapréteg 0,5 m nem vízzáró Vízzáró alapréteg Olvadási károk megelőzése: - hajlékony pályaszerkezetnél a tervezési teherbírás nagyobb, a feltételezett teherbírás kisebb értékének felvétele (Pl.:CBR 2% fagyveszélyes, CBR 1% fagyérzékeny talajoknál) - vízzáró padkaburkolat Meglévő utak esetében: - 2 m-nél kisebb bevágásoknál 1:10 rézsűhajlás (hó) - hófogó erdősávok - burkolatrepedések megszüntetése - vízelvezetés karbantartása - hóeltakarítása a padkáról - forgalomkorlátozás olvadáskor - pályaszerkezet megerősítése VI. FEJEZET: Háttöltések kialakítása Műtárgyakhoz, hidakhoz csatlakozó töltéseknél tapsztalható, hogy a pályaszint a híd

után hirtelen megváltozikm a burkolat megsüllyed. A süllyedés mértéke a töltés magasságától, esetleg az altalaj minőségétől is függ. A több cm-t esetenként dm-t is megözelítő süllyedés a burkolatban törést, repedéseket okoz, valamint jelentős forgalmi veszélyhelyzet áll elő. Mi az oka a süllyedésnek? Vizsgáljuk meg a hidfő mögötti töltés állapotát, geometriai kialakítását. 17 dr. Kovács Miklós BME pályaszint Közlekedési pályák földművei ∆s Folyópálya háttöltése (előzőleg készült) Háttöltés Háttöltés süllyedésének az okai: - a műtárgy elkészülése után készül befejező munkaként - kicsi a hely a tömörítésre - más jellegű tömörítőeszközök használhatók - altalaj összenyomódása miatt is süllyedhet Védekezés módjai jó háttöltőanyag alkalmazása -> homokos kavics tömörítés maximum 25-30 cm-es rétegekben T rρ ≥ 95% a töltéshez lépcsőzéssel csatlakozni a

háttöltés víztelenítését gondosan kell tervezni és építeni - uszólemez alkalmazása a műtárgyaknál - a háttöltésbe a beépített szemcsés réteg felső szintjén a tehrbírás E 2 = 60 MN/m2 legyen - 18 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei - pályaszint uszólemez lépcsőzés 25-30 cm homokoskavics Esetleg cementstabilizáció Háttöltés VII. FEJEZET: Töltésszélesítés Töltésszélesítések épülnek: - keskeny (régi) burkolatok szélesítésekor - újjabb forgalmi sávok építésekor: A. kapaszkodósáv B. négynyomúsítás C. töltésmagasság növelésekor D. kanyarodósáv 19 dr. Kovács Miklós BME A, D Közlekedési pályák földművei B C A töltésszélesítés menete: - humusz, növényzet leszedése - töltésrézsű lépcsőzése - töltésalapozás - jól tömöríthető töltésanyag - k2 > k1 - építés tútöltéssel, és a kitöltött részek tömörödés utáni betermelése VIII.

FEJEZET: Rézsűfelületek erózióvédelme Eróziós alapfogalmak A víz által okozott talajlepusztulást talajeróziónak, röviden eróziónak nevezzük. A szél eróziós hatása a diffúzió (?) Eróziót kiváltó tényezők: - csapadék - eső - mennyisége - cseppnagysága 20 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei - hevessége - időtartama - olvadó hó - mennyisége - olvadás ideje - rézsű - meredeksége - hosszúsága Eróziót - befolyásoló tényezők: talaj minősége szerkezete a talaj víztartalma növényborítottsága a talaj vízgazdélkodása (természetes lejtőknél) Az eső jellemző paraméterei a talajerózió szempontjából Csapadékmennyiség - jele: H - Értelmezés: 1 m2 feületre 10-3 m3 vízmennyiség jutott t időtartam alatt: 10-3 m3  = 10-3 m = mm m2 - gyenge korreláció a mennyiség és az erózió között - általában 20-25 mm alatt nincs számottevő erózió Esőintenzitás - jele: i [mm/min] - a

30 perces maxmiális intenzitás ismerete a fontos Esőenergia, cseppenergia - az energia az esőcseppek esési energiájából származik - az eső fajlagos kinematikus energiája KE [Jm-2 * mm-1]= 11,897+8,937*lg i [mmh-1] Rézsű (lejtő) - hajlásszög meredekség E=A*Im ahol: E I M A – – – – errodált talajmennyiség lejtő hajlása 0,2-1,5 együttható Rézsűhossz A lefolyó víz összefüggés van. sebessége és rézsűhossz között 21 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei Az intenzitásadatoknál történő számításnál pontosodik, de munkaigényesebb a cseppspektrum-mérések alapján számított cseppegyenérték. Cseppspektrum: esőcseppek átmérő szerinti eloszlása Pl. Csendeseső: cseppátmérő 0,5-1,0 mm Záporeső: cseppátmérő 1,0 vagy több mm (záporeső, ha intenzitása i=0,3 mm/min =20 mm/h Angol osztályozás III. d H [mm] c II. b I. a a, b, c, d, i [mm/min] gyakran előforduló, nagy hevességű eső

nagy hevességű eső ritkán előforduló, nagy hevességű eső igen ritkán előforduló rendkívüli hevességű eső I. görbe: 3-4 éves gyakoriságú (33-25%) II. görbe: 30 gyakoriságú (3%) III. görbe: 60-70 év gyakoriságú (≈1,5%) A rézsűparaméterek és az erózió kapcsolata a., rézsűhajlás b., részűhosszúság a, A rézsűhajlás szerepe E=A*Im betűk jelentését lásd előbb. b, A rézsűhosszúság szerepe (Hays, O.E 1959) 22 dr. Kovács Miklós BME Rézsű hossz [m] Lefolyás [mm] Letarolás [kg] 11 407 0,38 22 393 0,85 Közlekedési pályák földművei 44 357 2,11 csökken nő Lejtőszög és lejtőhossz eggyüttes hatása: m=f*tgα0,75d0,5i15 ahol: m α d i f – – – – kimosott talaj egységnyi területre vonatkoztatva rézsű hajlásszög rézsűhossz [m] csapadékintenzitás [mm/min] eróziótényezőt figyelembe vevő együttahtó (itt van például a szemcseátmérő is) Talajtulajdonságok és erózió Víztartalmi

telítettség: A telítettség növekedésével letarolás (erózió) fokozottabban emelkedik, mint a lefolyás. a Vízbefogadóképesség: hasonló az áteresztőképességhez. A vízbefogadóképesség időben változó folyamat. A sebességgörbe kezdetben meredek, ez a vizsgálati szakasz is. Állandósulás után: vízáteresztés „k”. Időbeli lefolyása: 1. maradéktalan víznyelés szakasza (t 1 ) 2. csökkenő víznyelés szakasza, a felszíni lefolyás (t 2 ) megjelenéséig 3. felszíni lefolyás szakasza t 1 és t 2 időpont függ: - kezdeti telítettség - vízkapacitás Védekezés 1. Biológiai védekezés Védelem hiányában a rézsűoldalakat a csapadékvíz erodálja. A védő növényréteg hiányában a földmű a táj harmóniáját is megbontja A földművek mesterséges rézsűinek talajai általában csírátlan, terméketlen talajokból állnak. A rézsűfelületeket növényi életre alkalmassá kell tenni!: - humuszolás (termőréteg borítás) -

tápanyag bevitele - ritkán gyeptéglával 23 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei Humuszolás: 10-20 cm vastagságban letermeljük, deponáljuk. A depóniát gondozni kell a földanyag felhasználásáig: - gyomtalanítás - forgatás - műtrágyázás A rézsűfelületre 10-15 cm vastagségban hordjuk fel. Meredek ill. kötött rézsűknél lépcsőzés 10-15 cm 1-2 m 1m 45o Füvesítés A, Helyben növesztéssel - ha a lemosódás veszélye nem nagy (lapos rézsű) - a magot egyenletesen kell elszórni - öntözés nélkül, márcisu közepétől április közepéig, ill. szeptemberben - adagolás 15 g/m2 vízszintesen, 40 g/m2 rézsűknél - elhelyezés behengerléssel -> szöges hengerrel - fűmagkeverékek pl.: - közepes, jó minőségű, napos talajra: 30% angolperje 30% rétiperje 20% juhszirom (?) 20% tarackos tippon (?) - kis igények mellett minden talajra: 50% angolperje 25% juhizé(?) 25% fehérhere B, füvesítés vegyes vizes

vetéssel A vizes vetési eljárás lényege, hogy a vetőmagból, ásványinövényi tápanyagból, felszíni rögzítő anyagból összekevert 24 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei folyadékot csővezetéken, nagynyomással, permetezéssel juttatjuk a rézsű felületére. A védelmet a talajfelszínt rögzítp vegyi anyag, majd annak lemosódása után a védelem alatt gyorsan fejlődő gyepvegetáció látja el. C, füvesítés fűmaggal beágyazott textília segítségével A textília a fű kihajtása utáni időszakban elbomlik. 2. Geotextíliákkal IX. FEJEZET: Földműkárosodások és helyreállításuk Földművek építése csúszásos területen, terepmozgások A földművek tönkremenetelét a földmű anyagának vagy az altalajnak az elégtelen szilárdsága okozza. A természetes lejtők mozgásait terepmozgásoknak nevezzük. A terepmozgások megindulását sietteti, ha a terepen mesterséges feltöltést készítünk. A terepmozgás

okai: - a külső ill. a belső feszültségek megnövekedése - a belső ellenállások lecsökkenése A terepmozgások típusai a, súvadás és kúszás A súvadás gyorsan a kúszás lassan játszódik le. vízszintes elmozdulás τ > τ0 τ < τ0 súvadás alakváltozás sebessége t ∂ε / ∂t= c*(τ - τ0) τ0 τ kúszás 25 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei τ < τ 0 nincs lassú alakváltozás τ 0 < τ < τ max kúszás τ = τ max súvadás a biztonság kúszásnál súvadásnál υ=τ 0 /τ υ=τ max /τ b, rogyás Ha vízzel telített homokokban a víznyomás (semleges feszültség) megnő, akkor a nyírószilárdság lecsökken, így törés következhet be. Okok: - rétegelzáródás fagy miatt - rázkódás miatti megfolyósodás - erős zápor hatására - vízmozgás (?) folyós homokban Gyors, általában előjel nélküli mozgás nyomás alatti víz c, rétegomlás két talajréteg határfelületén

hátrál d, talajfolyás - folyós homok esetén - törmeléklejtők csúszásai - érzékeny anygagok folyásai (Svédország, Norvégia) e, omlás 26 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei Terepozgások helyreállításának módszerei - elkerülés földkiemeléssel a mozgást okozó erők csökkentésével rézsűk laposítása padkák hosszabbítása víztelenítés -> szivárgók (44.ábra) megtémasztó szerkezetek (támbordák) (45,46.ábra) Mesterséges földművek károsodásai Bevágásoknál: mint terepmozgásoknál Töltések esetén: lásd ábrák Milyen okok lehetnek? A, - nem lépcsőzték a terepet - a humuszt nem szedték le - nem volt talpárok a hegy felől B, - rézsű meredek volt - puha agyagon átmenő csúszólap alakult ki. C, - lásd c.-t puha Puha agyag vagy tőzeg D, - nedves vagy fagyos töltésagyag (nem tömörített) 27 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei E, - lépcsőzés nélkül

épült szélesítés Eredeti töltésanyag F, - a töltés a nedves agyagfelszínen, vagy a felette levő rétegen elcsúszott 28 dr. Kovács Miklós BME Közlekedési pályák földművei Tartalomjegyzék I. FEJEZET: Az útpályaszerkezet és a vasúti pálya alatti földmű teherbírása II. FEJEZET: Közlekedési pályák felépítményeivel érintkező földművek teherbírása III. IV. FEJEZET: Tömörítés FEJEZET: Pályaszerkezetek alatti víztelenítés V. FEJEZET: Fagy és olvadási károk VI. FEJEZET: Háttöltések kialakítása VII. VIII. IX. FEJEZET: Töltésszélesítés FEJEZET: Részűfelületek erózióvédelme FEJEZET: Földműkárosodások és helyreállításuk 29