Építészet | Felsőoktatás » Talajmechanika laboratóriumi vizsgálatok

B. Laboratóriumi vizsgálatok I. Tömeg és térfogat, víztartalom meghatározása A vizsgálati minta mennyisége legyen elegendő az előírt vizsgálatok elvégzéséhez. A vizsgálathoz használt mintát úgy kell tárolni és kezelni, illetve a vizsgálatot elvégezni, hogy tömegének, térfogatának és víztartalmának meghatározásáig ne adhasson le, és ne vehessen fel vizet. 1. Tömegmérés a) A tömegméréshez szükséges eszközök A víztartalom meghatározásához szükséges eszközök:  légmentesen zárható, könnyen tisztán tartható, tömegét állandóan tartó edény,  megfelelő (szabványos) pontosságú mérleg,  porcelántálak,  103 - 105 oC hőmérsékletre felfűthető s ezt a hőmérsékletet állandóan tartó szárítószekrény, melynek belső hőmérséklete folyamatosan ellenőrizhető. b) A mérés végrehajtása: A felhasznált anyagmennyiség minimális tömege: 25 g. Először meg kell mérni a minta nedves tömegét. A

nedves tömeg lemérése után a mintát 103 -105 oC hőmérsékleten tömegállandóságig kell szárítani. A tömegállandóságot ellenőrizni kell (adott esetben többszöri méréssel) Ezután meg kell mérni a minta száraz tömegét. Helyszíni, terepen végzett mérésekhez más módszerek is felhasználhatók, amelyekkel a szükséges pontosságot el lehet érni 2. Térfogatmérés a) A szükséges eszközök az alkalmazott módszertől függően:    legalább 50 cm3 űrtartalmú kiszúróhenger és lehúzókés vagy, üveghenger cm3 beosztással és paraffin vagy, higanyos térfogatmérő szükséges. b) A mérés végrehajtása: Ha a minta, vagy az eredeti fekvésű talaj állapota lehetővé teszi, akkor a szerkezetének megváltozása nélkül kiszúróhengerrel szabályos hengeralakú mintát veszünk. Ha a talaj kötött és csak d ≤ 5 mm átmérőjű szemcséket tartalmaz, a felhasznált talajrög pedig a vizsgálat során az alakját megtartja, akkor

a térfogat vízbe merítéssel vagy higanyos térfogatmérővel határozható meg. - Térfogatmérés kiszúróhengerrel A kiszúróhenger méretei a következők legyenek:  kötött talajhoz: D ≥ 40 mm, H/D = 1 - 1,5  finom és közepes talajhoz: D ≥ 70 mm, H/D = 0,7 - 1  durva homokhoz: D ≥ 100 mm, H/D = 0,5 0,8, ahol D a henger átmérője, H: a magassága. Az ismert térfogatú (V) kiszúróhengert óvatosan, egyenes irányban annyira a talajba kell nyomni, hogy teljes egészében megteljen talajjal. A hengeren túlnyúló talajrészeket lehúzókéssel eltávolítjuk és a felszínt elsimítjuk, hogy a minta és a henger térfogata egyezzék. - Térfogatmérés vízbemerítéssel Tetszőleges alakú, de lehetőleg sima felületű és legalább 30 g tömegű mintát kiemelve a talajból, lemérjük nedves tömegét, majd ismételten paraffinba mártjuk. A légbuborékokat a bevonatból eltávolítjuk, majd a paraffin megkeményedése után lemérjük a minta

tömegét, utána a beosztott üveghengerben lévő vízbe mártjuk és a vízszint emelkedésén leolvassuk a térfogatát. A bevonat térfogatát a két tömegmérésből adódó különbségnek és a bevonat sűrűségének hányadosa szolgáltatja A vizsgálattal párhuzamosan - egy másik talajrögből - meghatározzuk a talaj víztartalmát. - Térfogatmérés higanyos térfogatmérővel A mintát nem kell bevonni, az erre szolgáló eszközzel, higanyba merítve a térfogat meghatározható. Példa a talajfizikai jellemzők meghatározására: Talajmechanikai Labor VIZSGÁLATI JEGYZŐKÖNYV TALAJFIZIKAI JELLEMZŐK MEGHATÁROZÁSA MSZ: 14043 / 6 - 1980 alapján Mintavétel helye:Soroksár-Ócsa Logisztikai Közp. Fúrások száma: 10. , 11. , Vizsgálat ideje : 2000. 03 25 12. Vizsgálatot végezte : Minták mélységei:2,2-2,3 ; 2,0 - 2,1 ; 2,0 - 2,1 Minta jele : Minta jele : 10 / 2,2 - 2,30 Minta jele : 11 / 2,0 - 2,10 12 / 2,0 - 2,10 d= h= mn = md = ρs =

3,85 10,00 221,65 203,91 2,65 cm cm g g g / cm3 d= h= mn = md = ρs = 3,98 8,20 220,20 189,82 2,67 cm cm g g g / cm3 d= h= mn = md = ρs = 3,93 8,20 213,27 182,91 2,67 cm cm g g g / cm3 V= w= ρn= ρd= e= sr = s= v= l= Σs,v,l= 116,36 8,70 1,90 1,75 0,51 0,45 66,1 15,2 18,6 100,0 cm3 % g / cm3 g / cm3 V= w= ρn= ρd= e= sr = s= v= l= Σs,v,l= 101,96 16,00 2,16 1,86 0,43 0,98 69,7 29,8 0,5 100,0 cm3 % g / cm3 g / cm3 V= w= ρn= ρd= e= sr = s= v= l= Σs,v,l= 99,42 16,60 2,15 1,84 0,45 0,98 68,9 30,5 0,6 100,0 cm3 % g / cm3 g / cm3 % % % % % % % % % % % % Talajminta megnevezése : Talajminta megnevezése : Talajminta megnevezése : homoklisztes homok homokliszt. homokos iszap homokliszt. homokos iszap II. Szemeloszlás meghatározása 1. A vizsgálat során használt fogalmak  Szemeloszlás: a talaj szemnagyság szerinti összetétele.  Szemcseátmérő (d, mm): annak a szitának a nyílásmérete, amelyen a szemcse még átesik.  Iszapolás

(hidrometrálás) esetén annak a szemcsével azonos sűrűségű képzelt gömbnek az átmérője, amely 20 oC hőmérsékletű vízben a szemcsével azonos sebességgel süllyed.  Szemeloszlási görbe (vagy táblázat): adott szemcseméretnél kisebb szemcsék tömege a teljes minta száraz tömegének százalékában kifejezve. 2. A vizsgálathoz szükséges eszközök          Szitasorozat (rázógéppel), amely a következő nyílásméretű szitákból, illetve rostákból áll: 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 8; 16; 32; 63; 125 m. A sziták drótfonatból, a rosták lyukasztott fémlemezből készülnek. Az átmosó szita, célszerűen 0,063, de legfeljebb 0,08 mm nyílásmérettel rendelkezik. Szárítókályha (103 - 105 oC). Az előírt pontosság elérésére alkalmas mérleg. Üveg mérőhenger, 1000 cm3-es, 60 mm belső átmérővel. Sűrűségmérő (areométer), amely 0,99 - 1,03 mérési tartományú. Hőmérő, 0 - 50 oC mérési

tartománnyal, 0,5 oC pontossággal. Elektromos keverőgép. Stopperóra. Csészék, tálak, fedő üvegek, ecset. 3. A vizsgálat végrehajtása Szitálással (rostálással) határozzuk meg a szemleoszlást, ha a talaj olyan durva szemcséjű, hogy a szemcsék kiszáradva nem tapadnak össze. A szitálással nem elemezhető finomszemcséjű talajt hidrometrálással kell vizsgálni Vegyes eljárást kell alkalmazni, ha a talajminta szitálással nem elemezhető szemcséket egyaránt tartalmaz, és ez utóbbiak eloszlásának ismerete is szükséges. Ha a szerves szennyeződés kisebb (3 % < Iom ≤ 10 %), a szerves alkotórészeket a vizsgálat előtt oxidálással el kell távolítani. a) szitálás végrehajtása Felhasználandó anyagmennyiség:  kavics, kőtörmelék:  durva és kavicsos homok: 4000 g, 400 g,  közepes és finom homok: 100 g. A vizsgálandó anyagot 103 - 105 oC hőmérsékleten kiszárítjuk és a tömegét megmérjük, majd lefelé

fokozatosan csökkenő nyílásméret szerint összeállított rosta - szitasor legfelső tagjába helyezzük és addig rázzuk, míg átesés tapasztalható. Az egyes szitákon fennmaradt szemcséket ecsettel tálba seperjük és lemérjük. A szitamaradékok folyamatos összeöntésével összegező mérést is végezhetünk. b) hidrometrálás végrehajtása A vizsgálathoz erősen kötött talajból 20 - 40 g, közepesen és gyengén kötött talajból 30 - 60 g mennyiséget eredeti nedves állapotban lemérünk. Ezzel párhuzamosan meghatározzuk a talaj víztartalmát (w), és ennek ismeretében kiszámítjuk a hidrometráláshoz felhasznált anyag száraz tömegét (ms) Az eredeti nedves mintából desztillált víz hozzáadásával talajszuszpenziót készítünk. A talajmintát először előáztatjuk majd átkeverjük Ezt követően fokozatos vízhozzáadással talajszuszpenziót készítünk, és ezt gépi keverővel átkeverjük. A koagulálás megakadályozására a

szuszpenzióhoz diszpergáló anyagot adunk. Vizsgálat előtt a szuszpenziót elektromos keverővel 5 percig keverjük, mérőhengerbe töltjük és desztillált vízzel pontosan 1000 cm3-re feltöltjük. Ügyeljünk arra, hogy a vizsgált anyagból semmi el ne vesszen (edényekre, keverőre tapadva, stb). Hidrometrálás előtt a szuszpenziót alaposan felrázzuk, majd a sűrűségmérőt a stopperóra megindításával egyidőben óvatosan a hengerbe merítjük és 30 s, 1, 2, 5, 15, 45 min, 2, 6, 24 h szerinti időközökben leolvassuk. A sűrűségmérőt a leolvasások közötti időre a szuszpenzióból kiemeljük és egy desztillált vizes edénybe helyezzük Leolvasásokat legalább addig kell végezni, amíg a még lebegő szemcséknek az összes szemcsékhez (ms) viszonyított tömegszázaléka 10 %-nál kisebb nem lesz. A szuszpenzió hőmérsékletét 15 - 20 min. elteltével, majd minden mérés után 0,5 oC pontossággal meg kell állapítani. A szemeloszlási görbe

egyes pontjainak koordinátáit a Stokes-törvény alapján határozzuk meg. Szemcsátmérő (d) meghatározása:      η ρs ρv h t d= 1800⋅η h ⋅ ρs −ρv t ahol a folyadék viszkozitása (g⋅s/cm2), a szilárd szemcsék sűrűsége (g/cm3), a víz sűrűsége (g/cm3), a sűrűségmérő súlypontjának mélysége a felszín alatt, a vizsgálat megindítása óta eltelt idő. 100 ⋅ s ⋅ (R + m − 100) ahol m s ⋅ ρs−1 ms a felhasznált agyag száraz tömege (g), R = 1000⋅(r + c - 1), r a sűrűségmérőn leolvasott érték, c a meniszkusz korrekció. Ennek értéke tiszta vízbe helyezett sűrűségmérővel határozható meg úgy, hogy először a meniszkusz felső szélének helyzetét, másodszor a vízszint síkjának helyzetét olvassuk le. A két érték különbsége a korrekció. m a hőmérséklet korrekció, amelynek értékét 20 oC és 1000 cm3 mérőhengerűrtartalom esetén az alábbi táblázat adja meg: Tömegszázalék

meghatározása: S(%) =      1. táblázat T (oC) 26,0 25,5 25,0 24,5 24,0 23,5 23,0 22,5 m + 1,27 + 1,16 + 1,02 + 0,91 + 0,79 + 0,69 + 0,58 + 0,48 T (oC) 22,0 21,5 21,0 20,5 20,0 19,5 19,0 18,5 m + 0,38 + 0,28 + 0,18 + 0,09 0,00 - 0,09 - 0,18 - 0,27 T (oC) 18,0 17,5 17,0 16,5 16,0 15,5 15,0 m - 0,36 - 0,43 - 0,50 - 0,57 - 0,64 - 0,71 - 0,77 c) vegyes eljárás végrehajtása A vizsgálatot 80 - 100 g tömegű mintával végezzük. A szuszpenziót az átmosó szitán átmossuk. A szitán fennmaradó szemcsehalmazt szárítás után szitáljuk, az átfolyt szuszpenziót pedig hidrometráljuk. 4. A mérési eredmények feldolgozása A vizsgálatok eredményét a szemeloszlási görbével, vagy táblázatosan adjuk meg. Az egyes szemcseátmérőknél kisebb szemcsék tömegét a vizsgált minta teljes száraz tömegéhez viszonyítjuk. A szemeloszlási görbét olyan koordinátarendszerben ábrázoljuk, amelyben a szemcseátmérő skálája logaritmikus (és az

abszcissza balról jobbra haladva lefelé csökken), a tömegszázaléké lineáris (szemilogaritmikus ábrázolás). A szemleoszlási görbén meg kell adni az U = d60 / d10 - zel definiált egyenlőtlenségi mutatót is, ahol a d60 a 60, d10 a 10 tömegszázalékhoz tartozó szemcseátmérő. Példa egy szemeloszlási vizsgálat jegyzőkönyvezésére és a mérés feldolgozására: Talajmechanikai labor VIZSGÁLATI JEGYZŐKÖNYV TALAJMECHANIKAI VIZSGÁLATOK SZEMELOSZLÁS MEGHATÁROZÁSA MSZ 14043-3:1979 Vizsgálat helye: Soroksár - Ócsa Logisztikai Központ Fúrás száma : 1/ Vizsgálatot végezte: Minta mélysége : 0,40 m Vizsgálat ideje: 2000. 03 24 SZEMELOSZLÁSI GÖRBE kavics homok iszap homokliszt agyag 100 Átesett tömegszázalék (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 100,000 10,000 1,000 0,100 0,010 0,001 Szemcseátmér ő (log d mm) d /mm/ 32,000 16,000 6,300 4,000 2,000 1,000 0,500 0,250 0,125 0,080 0,072 Áthull. T /%/ 100,00 100,00 100,00 98,53

90,49 75,66 56,98 38,89 29,15 24,63 23,87 d /mm/ 0,0514 0,0365 0,0233 0,0165 0,0135 0,0096 0,0068 0,0048 0,0034 0,0026 Áthull. T /%/ 21,49 20,31 17,54 15,56 14,77 13,58 12,00 10,42 9,63 8,84 Kavics Homok Homokliszt Iszap Agyag m% m% m% m% m% D60 D10 mm mm Egyenlőtlenségi mutató, U 9,51 63,85 10,06 9,78 6,80 100,00 0,58 0,0033 175,97 III. Konzisztenciahatárok 1. A vizsgálat során használt fogalmak A konzisztenciahatárok a kötött talajok víztartalmának azon értékei, amelyek mellett a talaj állapota előírt tulajdonságokat mutat. A konzisztenciahatárok jellemzők a vizsgált talajra, összefüggésben vannak ásványi és kémiai összetételével, szemcséi nagyságával és alakjával. Lehetőséget adnak a talajok osztályozására és a természetes víztartalommal (w) együtt állapotuk megítélésére. Konzisztenciahatárok:  folyási határ:  sodrási (plasztikus) határ:  zsugorodási határ: wL wp ws  Folyási határ (wL):

Casagrande-féle módszerrel vizsgálva az a víztartalom, amely mellett a Casagrande csészébe kent mintában meghúzott barázda 25 ütés hatására 10 mm hosszban folyik össze.  Sodrási határ (wp): az a víztartalom, amelynél a talajból kisodort 3 mm vastag szálak éppen töredezni kezdenek.  Zsugorodási határ (ws): a térfogatállandóságig szárított talajminta hézagaival azonos térfogatú víz tömegének és a szemcsék tömegének a hányadosa.  Maximális molekuláris vízkapacítás (wM): a szilárd talajszemcsékhez molekuláris erővel kötött pórusvíz tömegének és a szilárd rész tömegének százalékában kifejezett aránya. 2. A vizsgálathoz szükséges eszközök          Casagrande-féle folyási határ készülék, nedvszívó papír, üveglap, keverőtál, kenőkés, pipetta, desztillált víz, mm lyukbőségű szita, a víztartalom és a hézagtérfogat meghatározásához szükséges eszközök. 3.

A vizsgálat végrehajtása A konzisztenciahatárokat átgyúrt állapotú, de – lehetőség szerint - előzetesen ki nem száradt talajjal kell meghatározni. A vizsgálati jegyzőkönyvön fel kell tüntetni a talajminta vizsgálat előtti állapotát, mert az eredményt a kezdeti víztartalom befolyásolja. a) a folyási határ meghatározása A folyási határt Casagrande módszerrel kell meghatározni. A folyási határ meghatározására szolgáló készülék két fő részből áll. Egyik a vízszintes tengely körül mozgatható, a felfüggeszthető füllel együtt 200 ± 5 g tömegű sárgaréz csésze, mely egy körhagyó tárcsával felszerelt hajtókar segítségével 10 mm magasra emelhető és ejthető. A másik rész a gumi alátét és a bütykös, hajtókaros mozgató szerkezet A gumi alátét anyaga szabványos keménységű A mintából a 0,4 mm-nél nagyobb szemcséket és a szálas, rostos szerves anyagokat, szennyezéseket el kell. A durva részek

eltávolítása után a vizsgálandó minta tömege 150 -200 g kell, hogy legyen. A vizsgálat előtt 12 órával a mintát felaprózzuk, desztillált vizet adunk hozzá, átkeverjük és állni hagyjuk. Az előkészített mintát 12 óra után átgyúrjuk, majd 5 -10 percig egyenletes péppé keverjük. A pépet légbuborékmentesen úgy kenjük a kenőkéssel a tisztára mosott, száraz csészébe, hogy lapos homorú felületet képezzen, és a vastagsága a csésze közepén 10 - 12 mm legyen. A csészébe kerülő anyag tömege mintegy 50 g Ezután az árkolókéssel (azt a csésze gömbfelületére merőlegesen tartva) a csésze közepén a forgástengelyre merőlegesen, a csésze belső felületéig érő sima falú árkot húzunk úgy, hogy eközben az árkolókésnek a lekerekített oldala haladjon elöl. Az árok fenékszélessége 2 mm legyen A minta készítése akkor volt megfelelő, ha az árkolókés vállai a csészébe kent talajban kissé nyomot hagynak Ha a sima falú

árok nem vágható ki, akkor a talaj nem plasztikus tulajdonságú, a Casagrande-féle vizsgálat nem végezhető el. Az árok kivágása után a vizsgálatot azonnal el kell végezni. A vizsgálat ideje a alatt a készülék vízszintes, szilárd alapon (pl. asztalon) álljon A készüléket eközben minden külső hatástól (ütéstől, dinamikus hatástól, stb.) óvni kell. A csészét a tengelyre helyezzük, majd a hajtókar forgatásával addig ejtegetjük az alátétre, míg a barázda alja 10 mm-es összefüggő hosszban zárul. Másodpercenként két ejtést kell végezni Az ütéssszámok 12 és 40 között legyenek Ha ez a feltétel teljesül, az összecsúszás után az ütésszámot feljegyezzük és meghatározzuk az árok környezetéből vett minta víztartalmát. Az erre felhasznált nedves anyag tömege min. 10 g Az ugyanazon mintából végzett vizsgálatsorozatot célszerű a nagy ütésszámból a kicsi felé haladva (a talajhoz minden vizsgálat előtt vizet

adva) elvégezni. A vizsgálathoz előkészített anyagokhoz száraz talajt adagolni nem szabad. Az egyes részvizsgálatokkal meghatározott víztartalmak és az ütésszámok közötti összefüggést szemilogaritmikus koordinátarendszerben ábrázoljuk. (Lásd a példát) Az első esetben legalább négy, a második esetben legalább három különböző víztartalomnál végezzük el a műveletet, majd ennek eredményét koordináta rendszerben ábrázoljuk. A pontokat egyenessel kötjük össze, kiegyenlítve a vizsgálati adatok szóródását. A 25 ütésnél leolvasott víztartalom a Casagrande szerinti folyási határ (wL). b) a sodrási (plasztikus) határ meghatározása A sodrási határ megállapítása előtt 12 órával a talajt jól gyúrhatóvá tesszük (a kiindulási víztartalom szerint desztillált víz hozzáadásával vagy levegőn szárítással) és a d > 0,4 mm szemcséket eltávolítjuk. A kísérlet során kb. 15 g tömegű talajt nedvszívó

papíron enyhe nyomással a hengerkékre merőleges ujjakkal addig sodrunk, amíg a szálak 2 mm vastagságúak lesznek. Ezután a szálakat összegyúrjuk és ismét szálakká sodorjuk mindaddig, amíg a 3 mm-es szálak darabokra kezdenek töredezni A széttöredezett darabokból a víztartalom meghatározásához legalább 10 g-ot veszünk A minták víztartalma a sodrás után nem változhat. A sodrási (plasztikus) határ számértéke (wp) a párhuzamos vizsgálatok eredményeinek átlaga. c) a zsugorodási határ meghatározása  Teljes eljárás A vizsgálat során henger vagy kocka alakú, mesterségesen kialakított és telített talajrögöt levegőn lassan szárítunk. Bekészítéskor konziszteciaindexe 0,7 - 0,8 körül legyen. A száradási folyamat során 6 - 8 alkalommal meghatározzuk a tömegét és térfogatát. A légszáraz állapot elérése után szárítószekrényben 105 oC-on kiszárítjuk, majd meghatározzuk a száraz tömegét (md). A mérések

alapján számíthatók a víztartalmak és ismertek a hozzájuk tartozó térfogatok Az értékpárokat w - V koordináta rendszerben ábrázolva a térfogatváltozás egyenesét kapjuk, amely a w tengelyen kimetszi a ws zsugorodási határt .  Egyszerűsített eljárás Az előzőekben leírtak szerinti mintát levegőn, majd szárítószekrényben 105 oC-on tömegállandóságig szárítjuk. Lemérjük száraz tömegét (md) és térfogatát (V). m Vd − d ⋅ ρv ρs A zsugorodási határ: ws = ⋅ 100 ahol md  ρs a talaj anyagsűrűsége,  ρv a víz sűrűsége. A vizsgálat megkezdésekor meg kell határozni a minta térfogatát és víztartalmát. 4. A talajok állapotának minősítésére szolgáló index jellegű talajfizikai jellemzők w − wp a) Relatív folyási index: , IL = wL− wp b) Plasztikus index: Ip = w L − w p , c) Relatív konzisztenciaindex: I c = wL− w . wL− wp Példa a plasztikus index értékének (sodrási-, folyási határ)

meghatározására: IV. Talajok tömörségének és tömöríthetőségének vizsgálata 1. A vizsgálat során használt fogalmak  Száraz térfogatsűrűség: (ρd).  Legnagyobb száraz térfogatsűrűség (ρd,max): az az érték, amely laboratóriumi tömörítési eljárással elérhető.  Legkedvezőbb tömörítési víztartalom (wopt;%): a legnagyobb száraz térfogatsűrűséghez tartozó víztartalom értéke. A wopt;% nem szükségszerűen azonos azzal a víztartalommal, amely a munkahelyi tömörítési feltételek mellett az előírt tömörségi fok előállításához a legelőnyösebb. 2. A vizsgálathoz szükséges eszközök a) Gépi vagy kézi tömörítő berendezés, amelynek részei: henger alakú, 51 ± 0,1 mm alsó átmérőjű, 4,50 ± 0,05 kg tömegű fém döngölő,  szerkezet, amely biztosítja, hogy a döngölő 46 ± 0,5 cm ejtési magasságból, billenés nélkül, a lehetséges legkisebb súrlódási veszteséggel, vízszintes

erő átadása nélkül essen, a fajlagos tömörítési munka névleges értéke 2,65 ± 0,03 kJ/dm3 legyen,  gépi berendezésnél szerkezet a döngölő emelésére,  edények a tömörítendő talajminta befogadására, legalább 5 mm falvastagságú, simafalú, nem rozsdásodó fémből:  0,3 mm belső átmérőjű, 116 ± 0,3 mm magasságú "Proctor-edény",  0,3 mm belső átmérőjű, 114 ± 0,3 mm magasságú "CBR-edény", Az edényekhez az üllőhöz szilárdan rögzíthető, de eltávolítható fenéklemez, valamint felső toldalékgyűrű tartozik. Az üllő tömege általában - döngölő, edény és talaj nélkül - legalább 80 kg legyen. Az ennél kisebb berendezést úgy kell leerősíteni, hogy az együttrezgő tömeggel teljesíthető legyen az előző feltétel. Berendezés (eszközök) a talajrögök aprítására. Hitelesített, 5 g pontosságú mérleg. Rosták, 5, 20 és 40 mm lyukbőséggel. Lehúzó fémvonalzó, egyenes

pengéjű lehúzókés, lapátok, kanalak, exszikkátor.  b) c) d) e) 3. A tömörítési vizsgálat végrehajtása A laboratóriumi tömörítési vizsgálat elvégzésére két módszer ismeretes, a normál és a módosított PROCTOR vizsgálat. a) A talaj előkészítése Ha a legnagyobb szemnagyság dmax ≤ 5,0 mm, a talajból legalább 15 kg-ot, ha nagyobb, legalább 25 kg-ot kell előkészíteni. A vizsgálat előtt a talajrögöket úgy kell aprózni, hogy a szemcsés talaj elkülönült szemekből álljon, a kötött talaj rögök nagysága pedig ne haladja meg a 8 -10 mm-t. A talaj eredeti szemeloszlása ezáltal azonban nem változhat meg Ha a talaj 20 - 40 mm-es szemcséket is tartalmaz, akkor a durvább szemcséket 20 mm-es lyukbőségű rostával el kell távolítani, és helyettük a mintával azonos tömegű 5 -20 mm közötti szemcséket a vizsgálandó anyaghoz keverni. A vizsgálatot általában a természetes nedvességnek megfelelő állapotból kell

kezdeni. Ha dmax ≤ 5,0 mm, az előkészített talajtömeget kb 2,5 kg-os, ellenkező esetben kb. 5,0 kg-os minta részekre kell osztani E minta részek nedvességét úgy szabályozzuk, hogy víztartalmuk legalább két esetben a várható legkedvezőbb érték (wopt) fölött, és legalább két esetben az alatt legyen. A talajt száradás közben + 50 oC-nál nagyobb hőhatás nem érheti. A víztartalom beállítása után és a tömörítés előtt a gyengén kötött talajokat legalább 4 óra hosszat, a közepesen és erősen kötötteket legalább 16 óra hosszat úgy kell tárolni, hogy víztartalmuk ne változzon. b) A módosított "Proctor" vizsgálat végrehajtása Ha dmax ≤ 5,0 mm, a talajt a "Proctor" - edényben, egyébként "CBR" - edényben kell tömöríteni. Az egyes vizsgálatoknál az előkészített talajt, tehát egy - egy 2,5, ill. 5 kg tömegű mintarészt öt, közel egyenlő tömegű rétegben kell betömöríteni Az üllőre

rögzített edénybe a toldalékgyűrű elhelyezése után annyi talajt töltünk, hogy a bedöngölés után térfogatának kb. 1/5 részét töltse meg A lazán betöltött talaj felületét nyomás nélkül elegyengetjük, majd a "Proctor"-edény alkalmazása esetén 25 ütést, a "CBR"-edény esetében 55 ütést mérünk a talajra a döngölővel, biztosítva, hogy az ütések az egész felületen egyenletesen oszoljanak el. A következő négy réteg betöltése és bedöngölése az első rétegével azonos módon végzendő. Az utolsó bedöngölés után az edény legyen tele, de a talaj felszíne legfeljebb 1,0 cm-rel lehet a henger felső éle fölött A toldalékgyűrű levétele és a fenéklemez eltávolítása után a talaj felszínét az edény alsó és felső peremével egy magasságban kell kialakítani. Ezután megmérjük a minta nedves tömegét. Az edényből való eltávolítás után a talajminta tetejéről, közepéről és aljáról egy -

egy, legalább 100 g-os mintát kell venni és meg kell határozni a víztartalmukat. Ezeket a műveleteket ugyanúgy kell elvégezni a többi előkészített mintarészen is. c) A mérés feldolgozása Mintarészenként ki kell számítani a bedöngölt talajra vonatkozó ρd értékeket, ehhez a három víztartalom-mérés eredményének számtani átlagát kell felhasználni. A meghatározott w és ρd összetartozó értékeit ábrázoljuk és az így meghatározott pontokat folytonos vonallal összekötjük. Az így kapott Proctor-görbe csúcspontjánál leolvasható víztartalmi érték a wopt, az ehhez tartozó ρd a legnagyobb térfogatsűrűség, ρd,max d) A tömörségi fok meghatározása A földműből vett mintán meghatározzuk ρd értékét. Meghatározzuk a vizsgált talaj ρd,max értékét Kiszámítjuk a tömörségi fokot, amely a minta száraz térfogatsűrűségének a legnagyobb száraz térfogatsűrűséghez viszonyított értéke százalékban kifejezve:

Trρ = ρd ⋅ 100 ρdmax d) Az eredeti (normál) Proctor vizsgálat A "módosított" tömörítési vizsgálattól a következőkben különbözik:   a döngölő tömege 2,49 kg, ejtési magassága 30,5 cm, a fajlagos tömörítési munka 588 J/dm3, a talajt 3 rétegben kell az edénybe tömöríteni. Ha a vizsgálat így készült, akkor az adatközlés során erre külön utalni kell. 4. Tömörségmérés egyéb módszerekkel A talajok térfogatsűrűsége meghatározható még szondázással vagy radioizotópos méréssel is. Példa a tömörítési vizsgálat eredményeinek feldolgozására: Rétegek száma: 5 Döngölő Tömege: 4,5 (Kg) Ütések száma réteg : 25 Ejtési magasság: 46 (cm) Henger φ D=10,2 (cm) Magasság: h=11,5 (cm) 3 Térfogat: 939,20 (cm ) Mintavét.helye Vizsgálat kelte: Minta jele: 8 Gépi tömörítés,Modos. Proctor TÖMÖRÍTÉSI VIZSGÁLAT MSZ 14043/7 sorszám Henger + nedvestalaj Henger tömege mn ms s v l ρd S

1 A döngölés eredménye 3 2443,40 606,80 1836,60 4 2384,10 606,80 1777,30 (g) (g) (g) 2127,70 606,80 1520,90 2 2327,20 606,80 1720,40 (g) (%) (%) (%) g/cm3 (%) 1449,62 1532,23 1495,12 1422,22 1,543 1,631 1,592 1,514 5 6 A víztartalmak meghatározása Mérőedény sorszáma Mérőedény+nedves.t (g) Mérőedény+száraz.t (g) Mérőedény (g) Víztartalom (%) 153,75 149,95 74,69 W= Mérőedény+nedves.t (g) Mérőedény+száraz.t (g) Mérőedény (g) Víztartalom (%) Átlagos víztartalom (%) 167,55 163,32 74,92 W= Wátl = Az eredményeket feldolgozta : 3,80 75,26 5,05 4,23 88,40 4,79 4,92 132,69 127,44 77,86 W= 150,16 140,52 71,53 W= Wátl = 5,25 49,58 10,59 9,64 68,99 13,97 12,28 156,01 140,68 73,56 W= 15,33 156,01 140,68 73,56 W= Wátl = 15,33 67,12 22,84 67,12 22,84 22,84 148,00 133,13 73,57 W= 14,87 148,00 133,13 73,57 W= Wátl = 14,87 59,56 24,97 59,56 24,97 24,97 W= W= W= Wátl = W= Wátl = Kisérletet végezte: Minta jele:

PROCTOR GÖRBE Emőd-Istvánmajor / 4.minta 1,900 Wopt=11.3 % Száraz térfogatsűrűség g / cm 3 ρd max=1.85 g/cm3 1,800 Wopt= 11,30% 3 ρdmax= 1.85g/cm W% 3,40 6,50 8,50 11,20 14,10 1,700 1,600 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 Víztartalom % 91 18,00 20,00 ρd g/cm 1,640 1,720 1,780 1,850 1,800 3 V. Talajok alakváltozásának vizsgálata ödométerrel 1. A vizsgálat során használt fogalmak Kompressziós állapot: olyan feszültség állapot, amelyben alakváltozás csak a legnagyobb főfeszültség irányában jöhet létre. Konszolidáció: az állandó terhelés hatására keletkező alakváltozás illetve a semleges feszültségek csökkenésének folyamata. Roskadás: egyes talajok (elsősorban löszök, laza szemcsés talajok és feltöltések) térfogatának gyors csökkenése vízfelvétel hatására. Fajlagos összenyomódás (ε): a vizsgált minta magasságváltozásának (∆h) és az eredeti i ∑ Δhi i Δh 1

magasságának (h0) hányadosa: ε i = , ahol ∑ Δh i a mintának az i-edik = h0 h0 1 terhelés hatására létrejött konszolidáció végéig bekövetkezett összenyomódása. Összenyomódási modulus (Es): a feszültség növekményének (∆σ) és a fajlagos összeΔσ σ −σ nyomódás növekményének (∆ε) hányadosa: E s = = 2 1 . Δε ε 2 −ε1 Fajlagos roskadási tényező: i m = e 2 −e1 ε 2 −ε1 ≅ 1+e1 1−ε1 , ahol e1 a roskasztás előtti, e2 a ros- kasztás utáni hézagtényező. 2. A vizsgálathoz szükséges eszközök        Ödométer, amelyhez legalább 0,01 mm pontosságú összenyomódást mérő óra és ennek rögzítő szerkezete tartozik. Az ödométernek alkalmasnak kell lennie a minták vizsgálat közbeni víztelenítésére és elárasztására. Az ödométer tartozékai: talajminta, szűrőkövek, terhelő lap, gyűrű, talplemez, befogó talpas henger, cső a víz ki- ill. hozzávezetésére Gyűrű, amely

sima felületű, nem rozsdásodó anyagból készül, és alkalmas a minta befogadására. Falvastagsága V = 1 - 1,5 mm, magassága 15 mm ≤ h0 ≤ 20 mm, belső átmérőjének és magasságának aránya d/h0 ≥ 5 legyen. Befogó fémhenger. Merev, talpas fémhenger a gyűrű befogására. Szűrőkövek, amelyeknek vízáteresztőképessége (k) ne legyen kisebb a vizsgált talajénál, illetve 10-3 cm/s-nál. Szűrőpapír a szűrőkő és a talajminta közé szükséges, hogy a szemcsék ne nyomódjanak a szűrőkő hézagaiba. Teherközvetítő elem, amely merev, lyuggatott elem a felső szűrőkő fölé. 92  Terhelő berendezés, amely lehetővé teszi a lépcsős terhelésváltoztatást és biztosítja a minta központos terhelését. 3. Az összenyomódás vizsgálata A vizsgálatot zavartalan, amennyiben lehetséges, nyílt feltárásból vett mintákon kell végezni. a) A vizsgálat előkészítése A gyűrűt a talajba sajtoljuk, majd a talajfölösleget a

gyűrű széleivel egy síkban levágjuk. A minta és a gyűrű között hézag nem maradhat Ezeket a műveleteket úgy kell végezni, hogy a minta szerkezetének megzavarása a lehető legcsekélyebb legyen. Meg kell határozni a minta nedves tömegét. A gyűrűbe helyezett minta felületeire olyan mértékben nedvesített szűrőköveket kell helyeznünk, hogy a talaj a vizsgálat előtt eredeti víztartalmát ne változtassa meg. A mintát a készülékbe helyezés előtt és után száradástól, rázkódástól és a ± 3 oC-nál nagyobb hőmérsékleti ingadozástól védeni kell. b) A vizsgálat elvégzése, terhelés és tehermentesítés A mintára a készülékbe helyezés után legalább fél órán át 10 kPa előterhelést kell alkalmazni. Az ennek hatására létrejött összenyomódást figyelmen kívül kell hagyni (az összenyomódás mérő órát nullára kell állítani). A terhelést lépcsőkben növeljük. A terhelési lépcsőket úgy kell megválasztani, hogy

a következő terhelés az előzőnek legfeljebb kétszerese legyen. Az első terhelési lépcső 50 kPa-nál ne legyen nagyobb A legnagyobb terhelést úgy kell megállapítani, hogy az a mintavétel mélységének megfelelő, talaj tömegéből származó feszültség (geosztatikai nyomás) és az alépítmény által keltett mértékadó feszültség összegénél legalább 100 kPa-lal nagyobb legyen. Folyamatosan mérni kell a minta összenyomódását. Mindegyik terhelési lépcsőt fenn kell tartani az alakváltozás konszolidációjáig. A minta akkor tekinthető konszolidáltnak, ha az alakváltozási sebesség a legutolsó félórában v ≤ 0,01 mm/h. Ha a vizsgálat célja megkívánja, a legnagyobb terhelési lépcső konszolidációja után a mintát lépcsőkben tehermentesíteni és újra terhelni is kell.A tehermentesítési és az újraterhelési lépcsők nagysága, valamint az alakváltozás konszolidációjának feltételei ugyanazok, mint a terhelés

felhordásánál A tehermentesítés folyamán lehetővé kell tenni, hogy a minta a szűrőköveken keresztül vizet vehessen fel. A vizsgálat befejezése után ismét meg kell mérni a minta nedves tömegét. Ezután ki kell szárítani a mintát és meg kell mérni a száraz tömegét 93 4. A roskadás vizsgálata a) A vizsgálat előkészítése A mintát a korábbiakban leírtak szerint kell előkészíteni, de a szűrőkövet nem szabad megnedvesíteni. b) A vizsgálat végrehajtása A terhelést a 3. b) szerint kell elvégezni, beiktatva a 4c) szerinti elárasztással c) Lösz roskadási vizsgálata Ha a roskasztást az általunk meghatározott σz feszültség mellett végezzük, a vizsgálatot ennek eléréséig 3.b) alapján hajtjuk végre A σz hatására befejeződött konszolidáció után a mintát teljesen elárasztjuk vízzel, és bevárjuk az ennek hatására keletkező roskadás konszolidációját. A σz feszültség a meghatározni kívánt jellemzőtől

függően a következő lehet:  a legnagyobb fajlagos roskadást kiváltó feszültség,  a talaj tömegéből eredő feszültség,  ennek, az építmény terhéből adódó feszültséggel megnövelt értéke. A vizsgálat tájékoztató jelleggel a vizsgálat céljának megfelelő alábbi két kísérlettel is elvégezhető úgy, hogy :  az egyik mintát elárasztás nélkül vizsgáljuk a 3. b) pontban leírt módon, legalább 500 kPa terhelésig,  a másik mintát már a vizsgálat kezdetén elárasztjuk és ezután folytatjuk a vizsgálatot az első mintával azonos feszültségig. 5. A mérési eredmények feldolgozása A vizsgálati eredményeket kompressziós görbén adjuk meg. Ez a terhelő feszültségek és a hozzájuk tartozó fajlagos összenyomódások ábrája (lásd az alább bemutatott példát). i ∑ Δhi i Δh 1 A fajlagos összenyomódás: ε i = , ahol ∑ Δh i a mintának az i-edik = h0 h0 1 terhelés hatására létrejött konszolidáció

végéig bekövetkezett összenyomódása. Δσ σ2 −σ1 , ahol = Δε ε 2 −ε1 σ1: a mintavételnek megfelelő mélységben működő, a talaj tömegétől eredő (geosztatikai) és esetleges egyéb feszültség, σ2: a σ1-nek az építmény mértékadó terhéből keletkező függőleges feszültséggel növelt értéke, ε1: a σ1-hez tartozó fajlagos összenyomódás, ε2: a σ2-hez tartozó fajlagos összenyomódás, Az összenyomódási modulus (Es): E s =     94 Es értékét a feszültségtartomény közlése mellett kell megadni. A roskadás az elárasztás idején fenntartott feszültség értékénél látható alakváltozási lépcsőként jelentkezik. e −e ε −ε A fajlagos roskadási tényező: i m = 2 1 ≅ 2 1 . 1+e1 1−ε1 A választott σz feszültséget közölni kell, mert az im nem talajfizikai állandó, hanem σz től függ. Roskadás meghatározása természetes állapotú és elárasztott mintán elvégzett kompreszszió

vizsgálattal: σ σz elárasztás nélkül ε1 elárasztással ε2 ε A következő oldalon példa látható a kompressziós kísérlet elvégzésére. 95 KOMPRESSZIÓS KISÉRLET A minta jele: TS-1 / 3,30 - 3,50 laboratórium A talaj megnevezése: sovány agyag Vizsgálat : Tiszaújváros Terhelés KPa ∆h ε 0,01 mm % 0 50 100 200 400 0,0 10,5 19,8 34,0 53,0 0,00 0,53 0,99 1,70 2,65 0 100 ES = ( P100 - P200 ) / ∆ε = e= mn ( g ) = 186,76 md ( g ) = 158,41 w(%)= 17,90 ρn(g/cm3)= 2,11 ρd(g/cm3)= 1,79 h ( mm ) = 20,0 200 300 Sr = s(%)= v(%)= l(%)= d ( mm ) = 400 2,00 4,00 Fajlagos összenyomódás ε % ( kPa ) 0,51 0,96 66,4 32,1 1,5 75,00 500 Terhelés p , kPa 0,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 A vizsgálat kelte:2000. 12 10 14035 A vizsgálatot végezte: 96 VI. Talajok vízáteresztőképességének meghatározása 1. Talajok vízáteresztőképességének meghatározására szolgáló eljárások:     állandó

víznyomásos modell, változó víznyomásos modell, kapilláris kísérlet, kompressziós kísérlet. 2. Áteresztőképesség meghatározása állandó víznyomásos modell segítségével A vizsgálat lényege, hogy a talajminta két végpontja között állandó víznyomáskülönbséget létesítünk s megmérjük, hogy a mintán egy bizonyos idő alatt mennyi víz folyik át. Az eljárás szemcsés, jó áteresztőképességű talajok vizsgálatára alkalmas a) A vizsgálat előkészítése A talajmintának a vizsgálat megkezdése előtt telítődnie kell, mégpedig lassan (lehetőség szerint kapilláris úton), mert a gyors telítés esetén a mintában maradó légbuborékok annak áteresztőképességét befolyásolják. A vizsgálat elvégzéséhez zavartalan mintára van szükség. b) A vizsgálat végrehajtása A rendszer összeállítása után az alsó és felső vízszintek különbsége miatt megindul a talajmintában a szivárgási folyamat. A mérés akkor

kezdhető meg, ha a folyamat állandósult. A vizsgálat során a valóságos körülményeket a lehető legnagyobb mértékben meg kell közelíteni, ezért a szivárgást fenntartó potenciálkülönbség (az alsó és felső vízszintek közötti magasságkülönbség) megválasztása is gondosan történjen. A mérés abból áll, hogy az alsó túlfolyón távozó, tehát a mintán egy meghatározott idő alatt átszivárgó vízmennyiséget mérőhengerben felfogjuk és meghatározzuk (leolvassuk) a térfogatát. Célszerű több mérést végezni, a szivárgási folyamat állandósulásának egyértelmű rögzítése céljából. c) A mérési eredmények feldolgozása A mért adatok:  Q (m3): bizonyos idő (∆t) alatt átszivárgott vízmennyiség;  l (m): a minta hossza;  h (m): a kísérletben mértékadó potenciálkülönbség;  F (m2): a minta – szivárgás irányára merőleges – keresztmetszeti területe. az áteresztőképesség: k = 97 Q⋅l (m/s) F

⋅ h ⋅ Δt A modell ábrája: h l F Q 3. Áteresztőképesség meghatározása változó víznyomásos modell segítségével Az eljárás közepesen kötött iszapos homokliszt, iszap, sovány agyag áteresztőképességének meghatározására alkalmas. (Kövér agyagok áteresztőképességét célszerűbb konszolidációs kísérlettel meghatározni) A vizsgálat elvégzéséhez zavartalan mintára van szükség. a) A vizsgálat előkészítése A minta bekészítése és a készülék összeszerelése kapcsán fokozottan kell ügyelni arra, hogy légbuborékok a mintában, vagy a készülék különböző részein ne maradjanak. Célszerű a mintát kapilláris úton telíteni (a talajtörést mindenképpen el kell kerülni). b) A vizsgálat végrehajtása A beosztásos nyomócsövet a kezdőbeosztás magasságáig feltöltjük desztillált, légtelenített vízzel és ennek időpontját feljegyezzük. A cső végét – a párolgási veszteség minimalizálása miatt

– nedves vattával lezárjuk, majd rögzítjük a kezdő szint és az alsó vízszint különbségét (h1). A mérés abból áll, hogy különböző időpontokban leolvassuk a nyomócsőben lévő vízoszlop magasságát (h), az időpontokat és ezeket jegyzőkönyvben rögzítjük. c) Az eredmények feldolgozása Az áteresztőképességi együttható számítható: 98 k= h f ⋅l 1 ⋅ ⋅ ln 0 F Δt hi A változó víznyomású modell: t1 h1 h2 t2 l Fo F A következő oldalon példa látható az áteresztőképesség – változó víznyomással történő – meghatározásának jegyzőkönyvezésére. 99 Talajmechanikai Labor VÍZÁTERESZTŐKÉPESSÉG VIZSGÁLATA VÁLTOZÓ VÍZNYOMÁSSAL Mintavétel helye: Ócsa Mol Rt. Telep Minta jele :M21 / 11,0 m Vizsgálat ideje : 2000.0504 Vizsgálatot végezte : Mért adatok: mn ( g ) = md ( g ) = w(%)= V (cm3 ) = ρn (g/cm 3)= ρd (g/cm 3)= s(%)= v (%)= l(%)= e= n(%)= 117,57 102,06 15,20 56,52 2,08 1,81 67,9 27,4

4,7 0,47 32,12 f ( cm2 ) = 0,91 2 F ( cm ) = 12,56 l ( cm ) = 4,50 ho ( cm ) = 77,70 lg*( ho/hi )= 0,16 t(s)= 1800 Számítás : k = 2,3 * ( ( f l ) / F ) ( 1 / t ) lg ( h0 / hi ) k= 6,8E-05 cm / s k = 6,8 * 10-5 cm / s 100 0 VII. Talajok nyírószilárdsága A talaj, csúszással, elmozdulással, alakváltozással, stb. szemben kifejtett belső ellenállását a talaj nyírószilárdságával jellemezhetjük A talajok nyírószilárdságát a Coulomb féle egyenlettel jellemezhetjük: τ = σ ⋅ tg φ + c , ahol τ : a σ hatékony normálfeszültség mellett kialakuló nyírószilárdság (kPa), ϕ : a talaj belső súrlódási szöge (o), c : a talaj kohéziója (kPa). A hazai gyakorlatban leggyakrabban alkalmazott módszerek:    közvetlen nyírókísérlet, egyirányú nyomókísérlet, háromtengelyű nyomókísérlet. 1. Közvetlen nyírókísérlet A nyírószilárdsági paraméterek meghatározásának legegyszerűbb módja szerint a

minta belsejében, egy meghatározott sík mentén vízszintes erőt működtetve idézzük elő a törést, miközben a mintára ismert függőleges irányú erőt gyakorlunk. Ennek megfelelően a vizsgálat elvégzésére rendelkezésre álló készülék egy alsó álló keretből és egy erre helyezett felső, vízszintesen elmozdítható keretből áll. A függőleges irányú nyomóerőt a felső keretbe helyezett nyomótest segítségével, a vízszintes csúsztatóerőt áttétel útján gyakoroljuk. a) Változatai:   Elmozdulásmérő módszer. A nyíróerőt lépcsőkben gyakoroljuk a nyírás síkjában. Mérjük a minta függőleges irányú alakváltozását (összenyomódását), illetőleg a vízszintes irányú elmozdulást Erőmérő módszer. Egy meghatározott sebesség mellett mozdítjuk el a felső keretet és a vízszintes elmozdulás folytán fellépő nyírási ellenállást mérjük. A minta függőleges irányú terhelése a vízszintes elmozdulás

előtt történik meg. b) A vizsgálat, minta előkészítése.  Szemcsés talajok vizsgálata. Szemcsés talajokat csak zavart állapotban tudunk vizsgálni Figyelembe véve, hogy a hézagtényező értéke hatással van a belső súrlódási szög értékére, a vizsgálatot különböző tömörség mellett végezzük el. A mintát tehát kiszárítjuk, a kívánt tömörség előállításához szükséges száraz tümeget kimérjük és hozzáadjuk a kívánt víztartalom eléréséhez 101 szükséges vízmennyiséget. A talajmintát a nyíródobozba több rétegben tömörítjük be, majd ennek elvégézése után történik a normálterhelés mintára történő ráadása.  Kötött talajok vizsgálata. Tekintettel arra, hogy a kötött talajokban a terhelés először semleges feszültségként jelenik meg, s csak a konszolidáció lejátszódásának megfelelően csökken annak értéke és nő meg a hatékony feszültség, a vízszintes elmozdulással szembeni

ellenálló erő időbeni változása is a konszolidáció lejátszódásának függvénye. Ez alapján – attól függően, hogy a minta függőleges irányú, normálerővel történő terhelései után kivárjuk e a konszolidáció bekövetkezését, illetőleg, hogy a vízszintes terhelést milyen időközökben adjuk a mintára – háromféle vizsgálat végezhető. A lassú kísérlet során a konszolidáció teljes lejátszódására mindig lehetőség van, semleges feszültség a mintában nem alakul ki A konszolidált gyors kísérlet során az egyes függőleges terhelések hatására bekövetkező pórusvíz nyomásváltozás bekövetkezését kivárjuk, a vízszintes terhelést olyan rövid időközökben gyakoroljuk a mintára, hogy annak térfogata a vizsgálat során állandó maradjon. A gyors kísérlet esetében sem a függőleges normálterhelés, sem a vízszintes terhelés alkalmazásakor nem várunk, a minta víztartalma elvileg a vizsgálat időtartama alatt

állandó marad. A kötött talajok ezen vizsgálatai a korszerűbb háromtengelyű nyomókísérlettel szabatosan hajthatók végre. c) A vizsgálat végrehajtása Az elmozdulásmérő módszer esetében fokozatosan adjuk a mintára a vízszintes terhelést. A terhelési lépcsőket az előre megbecsült nyíróerő 1/20-ára választjuk A terhelést 2 percenként növeljük és ezzel párhuzamosan leolvasásokat végzünk a mérőórákon az újabb terhelési fokozat ráadásától számított ½, 1, 1½ perc múlva. A terhelést mindaddig növeljük, amíg a keretek közötti sík mentén be nem következik a minta elnyíródása. Az erőmódszer esetében a keret vízszintes elmozdításának megkezdésétől számítva ½ percenként leolvasásokat végzünk és rögzítjük a er őértéket és a függ őleges elmozdulást. A kísérletet mindaddig folytatjuk, amíg az erőórán huzamosabb időn át ugyanazt a leolvasást nem kapjuk A nyírást befejezve ellenőrző

víztartalom vizsgálatot kell végezni. A teljes vizsgálatot – ugyanazon tömörséggel – legalább három normális terhelés mellett végezzük el d) Az eredmények feldolgozása Az alkalmazott normális és nyíróerőket a nyírt keresztmetszet felületével elosztva, kiszámítjuk a feszültségeket (τ,σ) A vizsgálat számos hibával terhelt. Pl: a törés egy meghatározott síkban következhet csak be, a vizsgálat során folyamatosan csökken a nyírt felület nagysága, a nyíródoboz kereteinek „minta nélküli” elmozdítása is erőt igényel, a törési folyamat nem indul meg egyidejüleg a teljes felületen, stb. A vizsgálat előnye az egyszerűsége és rövid időtartama. Az eredmények feldolgozására a következő oldalon látunk példát. 102 A közvetlen nyírás elve: A közvetlen nyírókísérlet eredménye: τ σ3 τcs σ2 τv σ1 σ σ1 + Dh σ2 σ3 ∆S - Dh τ φcs φv τcs σ1 σ2 103 τv σ3 σ Talajmechanikai Labor

KÖZVETLEN NYÍRÓKISÉRLET Mintavétel helye: Tiszaújváros Minta jele : TK-4 / 7,90 Vizsgálat ideje : 2000. 12 13 Vizsgálatot végezte : σ : 50 kPa σ : 100 kPa σ: 200 kPa Elmozd. τ Elmozd. τ Elmozd. τ mm kPa mm kPa mm kPa 0 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00 3,25 3,50 3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,25 5,50 5,75 6,00 6,25 6,50 6,75 7,00 0 22,14 26,81 27,27 27,72 28,18 28,64 29,10 29,55 30,10 30,47 30,93 31,38 31,84 32,30 32,76 33,21 33,67 34,13 34,59 35,04 35,50 35,96 36,42 36,87 37,33 36,87 36,42 35,96 0 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00 3,25 3,50 3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,25 5,50 5,75 6,00 6,25 6,50 6,75 7,00 0 44,10 50,51 52,34 54,17 55,08 56,00 56,91 57,83 58,74 59,66 60,57 61,49 62,40 63,32 64,23 65,15 66,06 66,98 67,89 68,81 69,72 70,64 71,55 72,47 73,38 72,93 72,47 72,01 0 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00 3,25 3,50 3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,25 5,50 5,75

6,00 6,25 6,50 6,75 7,00 0 91,87 99,09 102,75 105,50 107,33 109,16 110,99 112,82 114,65 116,48 118,31 120,14 121,97 123,80 125,63 127,46 129,29 131,12 132,95 134,78 136,61 138,44 140,27 142,10 143,93 145,76 146,40 145,76 104 KÖZVETLEN NYÍRÓKISÉRLET Budapest 2000. 12 13 Vizsgálat : Tiszaújváros Minta jele: TK-4 / 7,90 τ ( kPa ) 200 100 σ ( kPa ) Elmozdulás ( mm ) 0 7 Φ[ fok ]= 35,5 C [kPa ]= 0,0 6 5 4 3 2 1 0 50 Száraz térfogatsűrűség [ g / cm3] 1,78 s [%] = 67,2 v [%] = 30,8 Nedves térfogatsűrűség [ g / cm ] w [%] = 17,3 e = 0,49 3 2,09 105 100 l [%] = 2,0 Sr = 0,94 150 200 nyírási sebesség: 0,5 mm / perc 2. Egyirányú nyomókísérlet A vizsgálat lényege az, hogy egy henger alakú talajmintát a két véglapjára merőleges irányban addig terhelünk, amíg az tönkre nem megy. A tönkremenetel a minta rideg vagy plasztikus törése. A fokozatos terhelés során mérjük a minta függőleges összenyomódását. A

vizsgálat során a vízszintes irányú feszültségek értéke 0, a minta oldalirányban szabadon kitérhet. A vizsgálat elsősorban a kohéziós talajok nyírószilárdsági paramétereinek meghatározására alkalmas A kísérlet előnye, hogy a törés a minta leggyengébb helyén következik be, s nem egy – általunk meghatározott – sík mentén. a) A vizsgálat előkészítése A vizsgálat elvégzéséhez zavartalan mintára van szükség. A minta esetében különösen kell ügyelni arra, hogy a mintát lezáró véglapok egymással párhuzamosak legyenek, mert ellenkező esetben a kapott eredmény a valóságostól jelentősen eltér A mintavétel során a minta kiszúrása a talaj összenyomódását okozhatja, s ez a körülmény megnöveli a vizsgálat végeredményeképpen kapott nyírószilárdságot Nagy gondot kell arra is fordítani, hogy a minta a talplemezen s az egész nyomócella a terhelőberendezésen központosan helyezkedjen el. A minta vizsgálat

közbeni száradásának és a felületen fellépő kapilláris feszültségeknek a kiküszöbölésére a mintát üveghengerrel fedik le és a terhelést egy membránon keresztül gyakorolják a mintára. Amennyiben kemény agyagtalaj, márga vizsgálatára kerül sor és nagyobb méretű zavartalan talajmintából kell a vizsgálati mintát elválasztani, a minta kiszúrása helyett annak kifaragása célszerű. A kifaragás során gondosan kell eljárni, hogy a minta szabályos alakja, párhuzamos véglapjai biztosítsák a vizsgálati eredmény megfelelőségét. b) A vizsgálat végrehajtása A terhelést lépcsőkben adjuk a mintára. A terhelési lépcsőket a becsült törőteher 1/20-ára választjuk. A terhelést percenként fokozzuk és minden terhelési lépcső esetén, annak felhordásától eltelt ½ perc múlva rögzítjük a minta összenyomódását. A vizsgálat során tehermentesítést végezhetünk (az első repedések megjelenése előtt), majd a mintát

újraterheljük egészen a törés bekövetkezéséig Merev anyagok hirtelen törnek és a törési felület határozott jellegű. Képlékeny és puha talajok esetében nem alakul ki egy határozott törési felület (csúszólap) a mintában, hanem un. plasztikus folyás következik be, amelynek során a minta „hasasodik” felületén adott esetben sok, szabályos kis csúszólap figyelhető meg. Az utóbbi esetben a törőerő pontos értékét rögzíteni nem lehet, a törőerő a 20 %os fajlagos összenyomódáshoz tartozó terhelési érték. c) A mérési eredmények feldolgozása Meghatározzuk a minta általános talajfizikai jellemzőit. A mintára adott terheléseket (F) elosztva a keresztmetszeti területtel (A), számíthatók a nyomófeszültségek névleges értékei: 106 σ= F (kPa) A A minta összenyomódásának (∆h) és az eredeti magasságnak (h) a hányadosa a fajlagos összenyomódás: ε (%) = Δh ⋅100 h Megszerkesztjük a nyomófeszültség és a

fajlagos összenyomódás összefüggését ábrázoló görbét, amelyben a végérintő helyzete meghatározza a talaj egyirányú nyomószilárdságát (σny). Az egyirányú nyomószilárdságból a belső súrlódási szög ismeretében a talaj kohéziója számítható: c= σny φ ⋅ tg (45 o − ) 2 2 A csúszólapon működő nyírófeszültség a törés pillanatában: τ= σny 2 ⋅ cos φ σny o 45 + φ/2 τ f t c f sny/2 o 90 + f σ o 45 + φ/2 σ σnyomó 107 3. Háromtengelyű nyomókísérlet A háromtengelyű nyomókísérlet első fázisában egy tartály belsejében a hengeres talajmintát folyadéknyomás útján hidrosztatikus feszültségállapotba helyezünk (σ1 = σ2 = σ3). Ezt követően a függőleges nyomás növelésével törésig terheljük A törés a vízszintessel α = 45o + ϕ/2 szöget bezáró csúszólapon jön létre. A törési állapothoz tartozó Mohr-féle kör τ-σ diagramban ábrázolható. Különböző hidrosztatikus

feszültségállapotokban eltört minták törési állapotaihoz tartozó Mohr-körök burkolója a töréshez tartozó τ-σ értékek összefüggését adja. A vizsgálat során a bekövetkező térfogatváltozások, s a fellépő semleges feszültségek mérhetőek, ennek megfelelően a kapott nyírószilárdsági paraméterek megbízhatóak. Előnye a kísérletnek, hogy a hidrosztatikus feszültségállapot hatására bekövetkező pórusvíz nyomásának vagyis a konszolidációs folyamat lejátszódásának szabályozásával valamint a törést létrehozó terhelés (deviátorfeszültség [σ1 - σ3]) felhordásának sebességével a minta törését különböző kerületi feltételek mellett végezhetjük el Ennek megfelelően, a többi vizsgálattal ellentétben itt mód nyílik a vizsgált geotechnikai probléma során előálló, valóságos viszonyokat jobban megközelítő feltételek modellezésére és az ezeknek megfelelő nyírószilárdsági paraméterek

meghatározására. Hátránya a vizsgálatnak, hogy a szükséges berendezés bonyolultabb, a vizsgálat drágább, a mérések (a módozatuktól függően) sok időt vehetnek igénybe. A vizsgálathoz zavartalan minta szükséges. a) A vizsgálat előkészítése A fentiekben leírtaknak megfelelően tehát zavartalan minták szükségesek a vizsgálathoz, mégpedig minimálisan három, inkább négy minta. A különböző hidrosztatikus feszültségállapotokban eltört minták törési feszültségállapotát reprezentáló Mohr körökre csak így illeszthető a burkoló Coulomb-féle egyenes, amelynek egyenletéből a vizsgált talaj nyírószilárdsági paraméterei meghatározhatóak. A minták előkészítésére a korábban, az egyirányú nyomókísérletnél leírtak veendők figyelembe azzal a különbséggel, hogy itt a mintát folyadék (víz) veszi körül. A folyadék mintába hatolásának megakadályozása céljából a mintát gumigyűrű veszi körül, a

berendezés azonban úgy van kialakítva, hogy a vizsgálat során a mintában lévő pórusvíz nyomása (a semleges feszültségek értéke) megfigyelhető és rögzíthető. A pórusvíz nyomásának és a minta térfogatváltozása rögzítésének főként a kis áteresztőképességű kötött talajokkal végzett „gyors” kísérletek esetében van jelentősége, tekintettel arra, hogy a pórusvíznyomás mérése nélkül a kapott eredmények korlátozott értékűek. A háromtengelyű nyomókészülékek hengeres edények, amelyeket egy talp-,és egy fejlemez zár le. A vízzel telt térben, a talplemezből kiemelve helyezkedik el a gumiburokkal körülvett minta, amelynek felső és alsó lapján szűrőkő helyezkedik el. Ezekhez csatlakoznak azoka csövek amelyek segítségével a pórusvíznyomás és a térfogatváltozás a vizsgálat során figyelemmel kísérhető A függőleges terhelést a fejrészre támaszkodó, tömített dugattyú adja át a mintára, s 108

amelynek elmozdulása egyben a minta összenyomódását is jelzi. A tartályban uralkodó nyomás konstans értéken tartására higanyos nyomásstabilizátort alkalmaznak. A pórusvíznyomás mérése, az annak kiegyenlítéséhez szükséges légnyomás nagyságának mérésén alapul b) A vizsgálat elvégzése A fentiekben leírtak alapján a háromtengelyű nyomókísérlet az alábbi módozatokban végezhető:  UU vizsgálat: (konszolidálatlan-drénezetlen vagy másképpen gyors-gyors) esetében a hidrosztatikus feszültségállapot létrehozása következtében a mintában előálló pórusvíznyomás (semleges feszültség) „kivezetésére” nem kerül sor, a minta kvázi zárt állapotú és a törést létrehozó terhelés is gyorsan történik.  CU vizsgálat: (konszolidált-drénezetlen vagy másképpen lassú-gyors) esetében a hidrosztatikus feszültségállapot létrehozása következtében a mintában előálló pórusvíznyomás (semleges feszültség)

„kivezetése” megtörténik, a minta a σ3 feszültség hatására konszolidálódik. Ezt követően a törés már gyorsan történik, a minta a törést kiváltó deviátorfeszültség [σ1 - σ3] hatására tovább konszolidálódni nem tud, a törési folyamatot az ismét fellépő pórusvíznyomás (semleges feszültség) befolyásolja.  CD vizsgálat: (konszolidált-drénezett vagy másképpen lassú-lassú) esetében a hidrosztatikus feszültségállapot létrehozása következtében a mintában előálló pórusvíznyomás (semleges feszültség) „kivezetése” megtörténik, a minta a σ3 feszültség hatására konszolidálódik. Ezt követően a törést előidéző terhelés felhordása olyan lassan történik, hogy a most már „nyitott” mintából a terhelés felhordásával egyidejüleg kialakuló pórusvíznyomás (és az adott mennyiségű víz) azonnal távozik vagyis a minta folyamatosan konszolidálódik. A terhelés ilyen módon történő felhordása

a prórusvíznyomás folyamatos mérésén alapul és azt meghatározza természetesen a minta áteresztőképességi együtthatójának értéke (Amely minél kisebb, a mintából a víz annál nehezebben távozik, vagyis annál lassabb a konszolidációs folyamat). Amennyiben a vizsgált minta nem telített állapotú, a fentiek természetesen módosulnak. c) A vizsgálati eredmények feldolgozása A vizsgálat során mért eredmények τ-σ diagramban történő ábrázolásával a Coulomb-egyenes megkapható. Két vizsgálat eredménye alapján nyírószilárdsági paraméterek nem kaphatók, mert bármelyik vizsgálat hibás volta a Coulombegyenes – valóságostól teljesen eltérő helyzetét eredményezheti Három vizsgálat esetén is – ha az egyenes nem illeszkedik mindhárom körhöz érintőként – felmerülhet a hibás paraméterek megállapításának lehetősége. Ezért célszerű legalább négy – ugyanazon helyről, ugyanakkor, ugyanolyan körülmények

között és módon vett – zavartalan minta vizsgálata. A Coulomb egyenes egyenlete: τ = σ ⋅ tg φ + c , amelyből a belső súrlódási szög [φ] és a kohézió [c] értéke meghatározható. (Az egyenes meredeksége φ és c-nél metszi a τ tengelyt.) 109 A háromtengelyű nyomókészülék elve: A vizsgálat feldolgozása: φ τ τ c α 2α σ3 σ (σ1 + σ3)/2 σ1 110 σ Azon laboratóriumokban, ahol háromtengelyű nyomóvizsgálat elvégzésére alkalmas berendezés van, a mérési adatok regisztrálása és feldolgozása számítógépi úton történik. (Általában igaz ez az ismertetett törési vizsgálatok mindegyikére.) A számítógépi programok, a mérőeszközök (indikátorórák, stb) által regisztrált és a mérőátalakítók által „érthetővé tett” adatokat azonnal feldolgozzák és a vizsgálat közben láthatóvá, követhetővé teszik a folyamatot. A törés bekövetkezése után azonnal számítják és hozzáférhetővé

teszik a nyírószilárdsági paraméterek értékeit Ennek kapcsán feltétlenül meg kell jegyezni, hogy csakúgy mint a törési vizsgálatok eredményeit, valamennyi talajfizikai jellemzőt, mérési eredményt a mérnöknek át kell tekintenie és össze kell vetnie, hiszen a talaj fizikai, mechanikai állapotát jellemző valamennyi érték összefüggésben van. Bármely vizsgálat elvégzése során, bármely laboratóriumban követhetnek el hibákat, tehát a laboratóriumi vizsgálati eredményeket az építőmérnöknek nem puszta számoknak kell tekintenie, hanem azokat rendszerbe illesztve kell képet kapnia a vizsgált talaj állapotáról. A továbbiakban a tervezés és kivitelezés során a hibás talajmechanikai adatokból, vagy azok rossz értékeléséből származó mérnöki baklövések csak így kerülhetők el. Természetesen az is igaz, hogy a mérnök csak akkor tudja a kapott eredményeket, talajfizikai jellemzőket megfelelően kezelni és értékelni, ha

ismeri azok meghatározásának körülményeit és módját. Ezt kívánta elősegíteni a jegyzet ezen fejezete is. A talajok nyírószilárdsági paramétereinek meghatározására szolgáló vizsgálatok ismertetése során a lényegre szorítkoztunk. Ezért teljeskörű ismereteket a vonatkozó szakirodalmak illetőleg a BME Geotechnikai Tanszék jegyzeteinek áttanulmányozásával kaphat az olvasó 111