Szchenyi Istvn Egyetem

Mszaki Tudomnyi Kar

Baross Gbor ptsi s Kzlekedsi Intzet

Szerkezetptsi Tanszk

dr. Szepeshzi Rbert

Geotechnika

Egyetemi jegyzet

Harmadik, korszerstett, bvtett kiads

Gyr

2008

2

Lektorlta

dr. Varga Lszl

ny. fiskolai tanr, kandidtus

E jegyzet szerzi jogvdelem alatt ll.

Msolsa - a kiad s szerz engedlye nlkl - bncselekmnynek minsl.

3

1.2. bra. A kreg s a kpeny felptse.

1.1. bra. A bels geoszfrk.

1. ptsfldtani alapismeretek

A mrnki ltestmnyek s a krnyezetk kztt bonyolult klcsnhatsok alakulhatnak ki, melynek alapfeltteleit a fldtani trvnyek szablyozzk. Fontos teht a Fld felp-tsnek, a kreg kialakulst, vltozst befolysol folyamatoknak a megismerse, hogy a ltestmnyeket r krnyezeti hatsokat, illetve a ltestmnyek krnyezetre gyakorolt hatsait fel tudjuk mrni, s helyes dntseket hozhassunk.

1.1. Fld szerkezete s anyagai

1.1.1. A Fld felptse

A Fld gmbhjas szerkezet, az n. geoszfrk alkotjk.

A bels geoszfrk (1.1. bra) - a kreg, - a kpeny s - a mag.

A felszntl a mag fel haladva a hmrsklet, a nyoms s a srsg nvekedik. A litoszfra (a fldkreg s a fels kpeny egy rsze) szilrd halmazllapot, s - gy kpzelhetjk, hogy - szik a folykony llapot bels kpenyen. Emiatt az ceni aljzat vkonyabb, a kontinentlis vastagabb (1.2. bra). A szilrd rsz gy ltrejv egyenslyt nevezik izosztzinak. A folykony bels geoszfrknak (a magmnak) a nagy nyo-msbl s a magas hmrskletbl ered energi-ja, melyet ltalnosabban a Fld bels energij-nak is szoks nevezni, szmos fldtani folyamat mozgatja.

A kls geoszfrk kzl - az atmoszfra, ms nven a lgkr, (mely a tropo-, sztrato-, iono-, termo-, exoszfrbl ll) a klnbz lgkri folyamatok kzege, - a hidroszfra, azaz a vzv, magba foglalja a tengereket, a tavakat, a folyvizeket s a felszn alatti vizeket.

A kls geoszfrk mozgsait a napenergia induklja, s hatsaik jelents mrtkben ala-ktjk a Fld krgt is.

A kontakt geoszfrk-ban tallkoznak a kls s a bels geoszfrk, s ez az let szntere is: - a pedoszfra (talajv) a szilrd kreg legkls, vkony, nhny mternyi "eltalajosodott" rsze, ill. - a bioszfra, melybe mr beletartozik az l-vilg is.

4

1.1.2. A fldkreg anyagai

A Fldkreg anyagait kzeteknek nevezzk, ezek klnbz svnyok (molekulk) trsu-lsai, melyek pedig elemekbl plnek fel.

Az elemek kzl a leggyakrabban elfordulkat gyakorisgi sor-rendben az 1.1. tblzat mutatja. Ezek alkotjk a fels (kb. 100 km vastag) szilrd zna 96,5%-t.

Az svnyok az elemekbl pl-nek fel, sszettelk kplettel le-rhat.

Felptsk s bellk fakad tulajdonsgaik alapjn megklnbztetjk - a szablyos kristlyos szerkezeti felpts svnyokat, melyek anizotrpok, azaz tu-lajdonsgaik irnytl fggek, s - a szablytalan szerkezet, amorf alak, izotrp tulajdonsg svnyokat.

Tulajdonsgaikat sokfle paramterrel lehet jellemezni. Ilyenek pl. a srsg, a fajh, a vzfelvev kpessg, a hzagossg, az idllsg, a kemnysg, a rugalmassgi jellem-zk, a tr- s hastszilrdsg, az optikai, a mgneses s az elektromos jellemzk.

Az svnyokat az albbi mdszerekkel lehet meghatrozni, azonostani: - hagyomnyos a makroszkpos vizsglat, a vegyi sszettel meghatrozsa s a mikro-szkpia, - jabb mdszer a rntgensugaras vizsglat, a termikus analzis s az elektron-mikroszkpia.

A legfontosabb svnyfajtkat az 1.2. tblzat foglalja ssze.

1.1. tblzat

A Fldkreg leggyakoribb elemei

O Si Al Fe Mg Ca Na K

92,2 trf %

fld- fmek

alkli- fldfmek

alkli fmek

1.2. tblzat

A fldkreg leggyakoribb svnyai

fajta szerkezet plda

sziliktok sziget olivin

gyrs berill

lncos piroxnek

ketts lnc amfibolok

rteges csillmok: muszkovit, biotit

agyagsvnyok: kaolinit, illit, montmorillonit

trhl fldptok: ortoklszok, plagioklszok

oxidok, hidroxidok kvarc, vasoxidok

szulfidok galenit, kalkopirit, pirit

szulftok gipsz

halogenidek ks

karbontok kalcit, dolomit

termselemek kn, fmek

organikus vegyletek. borostynk

egyebek

5

A Fldkreg kzetei az n. kzetciklus folyamn keletkeznek, melyet az 1.3. bra rz-keltet. A folyamatokat a Nap s a Fldmag energii vezrlik.

A magms kzetek gy alakulnak ki, hogy a felfel mozg magma nyomsa s hmr-sklete egyre kisebb lesz, ezrt kristlyosodsnak indul. A klnbz hmrsklet- s nyomsrtkeken klnbz svnyok szilrdulnak meg, gy klnbz trsulsok jnnek ltre. A kpzd kzet tulajdonsgait befolysolja, hogy milyen mlysgben kvetkezik be a szilrduls, mennyire hatnak mr a kls geoszfrk is.

Az ledkes kzetek a kvetkez folyamat sorn keletkeznek. A felsznre kerlt magms vagy ms kzetek a kls geoszfrk hatsra elmllanak. A felaprzdott s/vagy meg-vltozott sszettel kzeteket a gravitci, a vizek vagy a szl el is szllthatjk, s vala-hol lerakhatjk. Az sszegylekez anyagok lelepednek (ez a szedimentci), majd a f-ljk kerl rtegek nyomsa alatt tmrdnek, kzett vlnak (ez a diagenezis).

A metamorf kzetek keletkezse e folyamat folytatdsa, Akr a magms, akr az le-dkes kzetek sllyedse sorn a hmrsklet s nyoms nvekedse szerkezet- s s-vnytalakulssal, tkristlyosodssal jr, s gy jfajta anyag kzetek kpzdnek.

A mlybe kerl kzetek aztn jra beolvadhatnak a magmba, s a ciklus jra indul.

A kzetek tulajdonsgai kzl - a feladattl is fggen - a kvetkezket szoks vizsgl-ni: kzetszvet, kopsllsg, mllsi hajlam, szilrdsg, svnyi sszettel, kvletek, szerkezet, rtegzettsg, porozits, palssg.

A kzetek rendszert s a legismertebb kzetfajtkat az 1.3. tblzat ismerteti. Jellem-z tulajdonsgaikat itt nincs md rszletezni, de ksbb rszben e jegyzetben, rszben ms trgyakban, (ha valamirt elkerlnek) bemutatjuk a lnyeges jellemziket.

lgkrvzvkregkiemelkedett

kzetekmllottkzetek

lazaledkek

metamorfkzetek

ledkeskzetek

Napenergia

folysmagma

magmskzet

A Fld belsenergija

mlls szllts

kzettvls

talakuls

beolvads

talakuls

kristlyosods

kiemelkeds

mlysgnyoms

hmrsklet

1.3. bra A kzet-ciklus.

6

1.3. tblzat

A kzetek rendszere s jellegzetes fajti

mlysgi grnit, szienit, diorit, gabbro telr granitoporfirit, gabbroporfirit

kimlsi riolit, dcit, andezit, bazalt magms

tufk riolittufa, bazalttufa, andezittufa laza grgeteg, kavics, homok, agyag

trmelkes sszell konglomertom, breccsa, homokk, lsz maradk mrga, mszk, dolomit

kmiai oldatbl kivlt kaolinit, bentonit, bauxit, ks, termtalaj sznkzetek kszn, barnaszn, lignit, tzeg

ledkes

szerves sznhidrognek fldgz, kolaj, paraffin, aszfalt

metamorf gnjsz, csillmpala, fillit, mrvny

1.2. A fldkreg arculatt forml erk, hatsok

A kregalakt erk: - endogn erk, melyek a fldkreg belsejbl szrmaznak s a mlyebb geoszfrk ter-mikus energia- s anyagramai indukljk ket, vagy - exogn erk, melyek a kls geoszfrkbl erednek, s a napenergibl tpllkoznak.

Ezen erk hatsa ktfle: - a kzetkpzs (magmakristlyosods, mlls, ledkkpzs, metamorfzis), - felszni formcik kialaktsa (gyarapods, lepusztuls) lehet.

A folyamatok az idbelisg szempontjbl ktflk lehetnek: - az evolcis szakaszokban lassan zajlanak a vltozsok (mlls, szedimentci), - a revolcis szakaszokban gyors az talakuls (fldrengs, vulkanizmus).

1.2.1. Endogn er s hatsaik

A lemeztektonika nven sszefoglalt jelensg a fldkreg n. nagyszerkezeti vltozsait jelenti. Eszerint a krget 6 nagyobb s 20 kisebb kln mozg tbla alkotja. Peremkn jelents folyamatok zajlanak, az ceni aljzat sztterl, a tblk egyms al toldnak, t-kznek. Ezek jelents mrtkben alaktjk a szilrd krget, trsrendszereket formlnak, a peremeken fldrengsek, vulknkitrsek kvetkeznek be. Ilyen perem van pl. Japn krnykn s szak-Amerika nyugati partjn.

A gyrdses talakuls a vzszintes nyomerk kvetkez-mnye, s f eredmnye a hegysgkpzds (orogenezis). A gyrdssel kpzd redk rszei: a nyereg (antiklinlis) s a tekn (szinklinlis). S tovbbfejldsk vetdshez, majd takarredhz vezethet (1.4. bra).

A trses talakuls a vzszintes nyom- vagy hzerk, valamint a kifel s befel hat erk egyttes hatsra alakul ki. A mozgs mrtktl fggen csak repeds (litoklzis) vagy trses elmozduls jn ltre. Irny szerint van: - valdi vetds, melynl ktoldalt kt, klnbz irny mozgs kvetkezik be, - feltolds, amelynl az egyik oldal feltoldik a helyben marad msik mellett, - eltolds, vagyis vzszintes irny elmozduls.

1.4. bra. Gyrdses s vetdses formcik.

7

A vetdsek eredmnyeknt ltrejv jellegzetes formcikat rzkeltet az 1.5. bra.

A fldrengs energiafelszabadu-lst, hullmterjedst s fldmoz-gst jelent. Tektonikus vagy vul-kanikus eredetek, de kisebb ren-gseket beomlsok s mestersges hatsok is okozhatnak. Kzppont-ja az epicentrum, melynek felszni vetleti helye a hipocentrum.

Megklnbztetnk sekly-, kzepes- s mlyfszk rengseket, melyek kzl a kzepe-sek a legveszlyesebbek. A rengs sorn tbbfle hullm terjed: - P-jel (primer), longitudinlis hullm, mely anyagsrsdst s -ritkulst okoz, - S-jel (szekunder), transzverzlis hullm, mely a kzeteket elnyrja, - L-jel, hossz hullm, mely a felsznen fut, s marad hullmosodst kelt.

A fldrengsek erssgt tbbfle sklval mrik. Kzlk a Mercalli-Cancani-Sieberg s a Richter-skla leginkbb hasznlatos. Az elbbi az rzkelhet hatsok alapjn 12 fo-kozatot klnbztet meg, az utbbi mrt adatok alapjn 9 fokozatot.

A rengsek elrejelzse rendkvl fontos lenne, de megbzhatsga mg ma sem kielg-t. A szeizmogrf a kisebb elrezgsek mrse alapjn ad elrejelzst, a nagyobb rengs veszlyre utalnak a felszni deformcik, a karsztvz mozgsai, s a tengerek rengse. A korbbi rengsadatok statisztikai rtkelse, a szeizmicitsi trkpek alapjn lehet egyes terletek potencilis veszlyeztetettsgt megtlni, s ezek alapjn kell a ltestmnyek a rengsvdelmt megtervezni.

A vulkni tevkenysg a forr, olvadt magma felsznre trse. A jl ismert jelensg fldrengsekkel, gzkitrsekkel jr egytt, s eredmnyeknt a megszilrdult lvbl ki-mlsi s tufs kzetanyagok kpzdnek.

1.2.2. Exogn erk s hatsaik

Hatsaikra: a mllsra s a szlltsra, ill. felhalmozdsra mr utaltunk. Nhny jel-lemzt mg kiemelnk.

A mllsnak kt fajtja van. A fizikai mlls aprzdst jelent, a kzet a kls hatsokra megreped, majd mobilizldik, de t nem alakul. Ez jellemz pl. a kvarcra, mely vegyileg stabil, ezrt nem alakul t, csak aprzdik. A kmiai mlls sorn viszont az svnyok sszettele meg is vltozik, pl. fldptokbl agyagsvnyok kpzdnek, s ilyen folyamat a karsztosods.

A szllts nem csak a kzet helyzetvltozst eredmnyezi, a transzportci kzben sze-lektlds, kops s esetleg vegyi talakuls is bekvetkezik. A szllt kzeg (vz vagy leveg), a szlltsi thossz a hatsok mrtkben meghatroz.

A kvetkezkben sorra vesszk az egyes kls erket s hatsaikat.

A csapadk a kzetre hullva mlls okoz, s mobilizl is. Az erzi, a felszn pusztul-snak mrtke jelents, nhol tbb cm/v is lehet.

A vzfolysok felszn alakt tevkenysge ismert. Jellemz (1.6. bra): - a fels szakaszra a hordalkkpzs s ezzel a medermlyts, - a kzps szakaszon egyenslyban van a leraks s a szllts, s mert a kanyarulatok kls oldalt bontja, a belst pti a foly, oldalirny medervndorls kvetkezik be, - az als szakaszra a hordalkleraks, ami szigetek, mellkgak, illetve a (tengeri) tor-kolati deltk kifejldshez vezet.

1.5. bra. Vetdses formk.

8

Az llvizek felsznalakt tevkenysge enyhbb. A hullmz vz okozta partbontst abrzinak nevezzk. Az llvzbe szlltott hordalk durvbb rsze a partkzelben rak-dik le, a finomabb tovbb lebeg, gy az ledk a parttl tvolodva finomodik.

A h s a jg repeszt hatsa a fizikai mlls egyik kivltja. A magas hegyekben a gleccserek a szlltsban is jelents szerepet jtszanak, a morns lejttrmelkek kpz-se ma is jl rzkelhet vltozsokat okoz, st a talajfolysok olykor slyosan veszlyez-tethetik a meglv ltestmnyeket. A jgkorszaki vastag jgtakar nagy terhet jelentett a talajra, s ennek hatsa a mai felsznkzeli znk viselkedsben ki is mutathat.

A hmrskletvltozsok mllaszt hatsa is jelents, mivel a kzetek egyenetlen htgulsuk miatt megrepedhetnek. A hhatsok szerepe a talajkpzdsben is fontos.

A szl hatsai egyes korokban s terleteken a vznl is nagyobbak voltak. Pusztt ha-tst deflcinak, pt hatst eolikus akkumulcinak nevezzk. Az utbbi haznkban - a fut homokok (dnk, buckk, gerincek, fodrok) s - a lsz (szraz trszni, futhomokkal keveredett, infzis) leraksval nagy terletek felsznkpzsben volt dominns. A szlhatsok eredmnye-kppen kialakult formkra mutat pldt az 1.7. bra.

A gravitcis felsznmozgsok jelentsen talakthatjk a felsznt. Akkor kvetkeznek be, amikor a lejtk anyagnak nyrsi ellenllsa kisebb lesz, mint a lejtk slybl (s esetleg ms hatsbl) szrmaz cssztat er, mert - az ellenllsok klimatikus hatsok, vz, stb. miatti cskkenhetnek s/vagy - a cssztat er pl. a lejt alvgsa, raml v. hullmz vz miatt nvekedhetnek.

A lejtmozgsok fbb tpusait az 1.4. tblzat foglalja ssze.

A nvnyzet mllaszt hatsa is ismert, a gykerek a legszilrdabb kzeteket is elre-peszthetik, de egyes nvnyek kibocstott nedvei kmiai mllst is kelthetnek. Fontos a nvnyeknek a talajok vzhztartst befolysol szerepe is, elssorban a prologtatson keresztl. A nvnyek maradvnyai ott vannak szmos szerves ledkben.

1.6. bra. A vzfolysok szakaszai (fels-, kzps- s als szakasz).

Ellenll kzet

mll kzet

homokdnk szlbarzdk rtegborda kueszta tblahegy

1.7. bra. Szl hatsra kialakul felszni formcik.

9

Az emberi tevkenysg felsznalakt szerepe egyre nagyobb. Ma mr slyos krnyezeti veszlyek is keletkezhetnek ebbl. A hatsok kzl a felszn-talaktst, a bnyszatot, az ptst, a nvnyzetalaktst, a vzkivtelt s az ntzst kell kiemelni, melyeknek rad-sul klnbz msodlagos hatsi is vannak.

1.3. Vzfldtani alapismeretek

1.3.1. Hidrolgiai alapok

A Fld teljes vzkszlete a becslsek szerint 26,6.1018 m3 lehet. Ebbl 94,7 % a kzetv-ben van lektve. A hidroszfrban lev tbbi vz 97,2 %-a az cenok (ss) vize, a to-vbbi felszni vizek 2,2 %-ot, a felszn alattiak 0,6 %-ot tesznek ki, mg a lgkri vizek mg a 0,1 %-ot sem rik el.

A vz a Fldn egyidejleg tbbfle formban van jelen.

1.4. tblzat

A gravitcis lejtmozgsok tpusai

tpus kpe jelensg kzetfajta ok

omls

kzettmbk letrse

szilrd kzet meredek rzs,

kzet-repedsek

rogys

gyors lesza-kads mere-dek csszlapon

homok-lencskkel r-tegzett altalaj

vznyoms-nvekeds

suvads

csszs grbe csszlapon nhny nap alatt

agyagtalaj egyensly-veszts

rteg-csszs

viszonylag lass csszs rteghatron

jellemzen agyagrteg felsznn

egyensly-veszts

kszs

nagyon lass idszakos lej-tmozgs

puha agyag viszkzus anyag-jellemzk

folys

lefolys fel-sznhez kzeli csszlapon

puha agyag,

folys homok,

kanyag

felpuhuls,

gyors teltds

dinamikus ha-tsok

10

lgkri nedvessg

csapadk a felsznen

beszivrgs lefolys prolgs

felszn alatti vz

prolgs felszni vz

prolgs

lgkri nedvessg

1.8. bra. A hidrolgiai ciklus.

A lgkri nedvessg a szllel vzszintesen s a hmrsklettl fgg nyoms-viszonyokhoz igazodan fgglegesen is mozog.

A lgkrbl csapadk formjban jut a felsznre a vz. Keletkezse ismert: a felszll p-ra lehlve kicsapdik s lehull. Tpusai: es, h, jgdara, harmat, dr, talajharmat, zz-mara. Trbeli s idbeli eloszlst az ghajlati hatsok, az centl val tvolsg s a tengerszint feletti magassg szabja meg. Haznkban az szi idszakra esik a maximum.

A felsznen a vz beszivrog, lefolyik vagy elprolog. A szabad vz- s talajfelszn p-rolgsa az evaporci, a nvnyek prologtatsa a transpirci. (A kett egytt az eva-potranspirci.) A prolgs mrtke a csapadk arnyban terletileg vltozik.

A felszni vizek az cenok, tengerek, tavak, belvizek, jg, a felsznen lefoly vizek, fo-lyk, forrsok formjban jelennek meg.

A felszn alatti vz a talajhoz val ktdstl fggen lehet: - szerkezeti (az svnyi kristlyokba beplt) vz, - kttt vz (kapillris, vz, pra a hzagokban), - talajvz (a hzagokat sszefggen kitlt), - karsztvz (a mszk repedseiben), - rtegvz (vzzr rte-gek kztt).

A vz e megjelensi for-mk kztt - a kzetvben lekttt vz kivtelvel - mozog, lland krforgs-ban van, amit hidrolgiai ciklusnak neveznk. Ezt rzkelteti az 1.8. bra.

1.3.2. A talajvz jellemzi

Talajvznek a felszn alatti els vzzr rteg feletti, a talaj hzagait sszefggen kitlt vizet nevezzk. Ha felsznn lgkri nyoms uralkodik, akkor szabad (nylt) vztkrnek nevezzk, ha felsznn nagyobb a nyoms, akkor nyoms alattinak (zrt vztkrnek)

A talajvz felsznnek alakja sokfle lehet. A legjellemzbbeket az 1.9. bra rzkelteti. A kiterjedt, tbb-kevsb sk vzfelszn a sk vidkekre jellemz. Koncentrlt beszivr-gs esetn alakulnak ki a vzdmok, mg egy vzzr agyaglencse felett lebeg vagy lta-lajvz jelentkezhet. Lejts terepeken a vzfelszn ltalban kveti a domborzatot, s tarts ess alakulhat ki nylt vizek mentn is. Sajtos rtegviszonyok esetn a talajvz tszeren vagy talajvzfolyk formjban is jelentkezhet.

A talajvz szintje valamely helyen idben nem lland, ezrt dinamikus vzszintknt szoks felfogni. Az vi vzjrs jellege alapveten az ghajlattl fgg, lehet ceni vagy kontinentlis jelleg. A vzjrst befolysol hatsok szerint beszlhetnk - zavartalan (szablyos) talajvzrl; - termszetes hatsok (folyk, stb.) ltal befolysolt talajvzrl; - mestersges hatsok (pl. ntzs) ltal befolysolt talajvzrl.

11

A vzszint helyzett a csapadk, a prolgs, valamint az el- s hozzfolys idben s a mlysgtl is fgg arnya szabja meg. A talajvz jellemzit a dinamikus vzszint helyze-te szerint az 1.5. tblzat foglalja ssze.

A talajvz vegyi sszette-le is rendkvl fontos, eset-leges agresszivitsa az p-tanyagokban cserebom-lst, olddst, duzzadst okoz. A legveszlyesebb a szulftion duzzaszt hat-sa. A hazai elrsok k-lnbz agresszivitsi ka-tegrikat rgztenek, me-lyeket elssorban a szulf-tion s a pH rtk alapjn kell megtlni. Az egyes kategrikhoz vdekezsi mdszereket is rendelnek. (Pl. nvelt cementtartalom, vastagabb szerkezet, szulftll cement, stb.)

1.5. tblzat

A talajvz jellegzetessgei a mlysgtl fggen

mlysg befolysol hatsok vzjrs

1 m-ig csapadkbl kzvetlenl tpllkozik ersen ingadoz, szablytalan

1 - 5 m beszivrgs-prolgs-ramls egyenslya szablyos menetgrbe

5 - 7 m a prolgsnak mr nincs szerepe csekly ingadozs

7 m-tl a beszivrgs is jelentktelen lland vzszint

A talajvzjrs vi menetgrbjt zavartalan (kontinentlis) talajvztpus esetben a mrcius-prilisi maximum s a szeptember-oktberi minimum jellemzi. Az elbbi annak kvetkezmnye, hogy az szi-tli csapadk, melybl a hmrskleti viszonyok miatt alig prolgott el, addigra beszivrog, a minimum viszont az erteljes tavaszi-nyri prolgs miatt alakul ki. A vzjtk tlagosan 70-90, maximum 200-230 cm, fgg a mlysgtl s a talajfajttl.

A termszetes mdost hatsok kzl a folyk a legjelentsebb (1.10. bra). Ha a ta-lajvzhez kzvetlenl kapcsoldik foly vize (1), akkor a foly vltakozan tpllhatja s meg is csapolhatja a talajvizet. Az ingadozs s a kihatsi tvolsg a talajfajttl fgg. Ha a talajvz vzzr medr foly felett van (2), akkor talajvz llandan tpllja a folyt. Az ellenkez, viszonylag ritka esetben, a lebeg medr foly (3) fggetlen a talajvztl. Az llvizek hatsa jellegben hasonl, de az ingadozs ltalban kisebb.

A mestersges mdost hatsok kzl a trozk a talajvzszint tarts nvekedst okozzk. Az ntzs - ha a vz mshonnan kerl oda - viszont tbbfle hatst okozhat: - idben s mrtkben eltold, de egybknt a szablyoshoz hasonl vz-jrst, - arnyos emelkedst a rendes vz-jrs fennmaradsval, - folyamatos emelkedst kicsi inga-dozssal.

1 szabad felszn

2 nyoms alatti

3 als emelet

4 vzdm

5 lebeg talajvz

6 ltalajvz

1.9. bra. Talajvztpusok.

1.10. bra. A foly hatsa a talajvz szintjre.

12

Emelkedst okozhat a szennyvzszikkaszts, de a bepts, a trburkols is, mert a fedett-sggel cskken a prolgs.

A vzkiemels, melyre vznyers, bnyszat, ptkezs miatt kerlhet sor, jelents mrt-k cskkenst idzhet el. A kiterjeds karsztvz esetn 50 km is lehet.

A talajvzszint szlelshez, elrejelzshez haznkban megfigyel kthlzatot ltes-tettek. Ha ilyen nincs a kzelben, akkor az sott kutak, a pinck s a feltr frsok ada-taira kell tmaszkodnunk. Az szlelsi adatok rtkelse, feldolgozsa sorn rdemes sta-tisztikai mdszereket alkalmazni.

Az elrejelzsi feladat ltalban a ltestmny letben vrhat maximlis talajvzszint meghatrozsa. Ezt az szlelt vagy becslt maximum megnvelt rtkeknt vesszk fel. A nvelst a vzjtktl s az szlels megbzhatsgtl fggen kell meghatrozni a vonatkoz elrsok szerint, de minimlisan 50 cm-t kell tervezni.

1.4. Haznk fldtani jellemzi

1.4.1. Magyarorszg fldtani szerkezete

Haznk fldtanilag a Krpt-medence rsze, hegysgek, alfldek s medenck alkotjk.

A fldtani nagyszerkezetet a kvetkezk jellemzik. (1.11. bra). Az alaphegysget - s kzpkori kpzdmnyek alkotjk, ezek az jkoriak alapjai, a felsznen viszont ritkn je-lennek meg. Egy K-DNy trsrendszer jellemzi. A fedkpzdmnyek az alaphegysgre teleplt jkori alakulatok, attl elklnlve, illetve abbl kiemelkedve. A medencealaku-latok az alaphegysg medencit kitlt jkori kpzdmnyek.

Magyarorszg sszefoglal fldtani trkpe a felsznt bort, 1-3 m mlysgben lev kpzdmnyeket mutatja az 1.12. brn. Els tjkozdsul ltalban jl hasznlhatk az ilyen trkpek a mrnki feladatokhoz is.

1.4.2. Magyarorszg fldtrtnetnek ttekintse

Az korbl (235 milli vnl rgebbrl) csak lepusztult hegysgrszek maradtak fenn, s az alaphegysg kb. felt kpezik. A devonbl s a karbonbl tmr mszk s dolomit ta-llhat felsznkzelben (Vashegy, Polgrdi, szak-Borsod). A perm idszakban keletke-zett a Balaton-felvidken s a Mecsekben az kor legjelentsebb hazai kpzdmnye, az ptsi clra is hasznlt vrs homokk.

A kzpkorban (a 235 s 67 milli vvel ezeltti idkzben) haznk terlett a Thetisz-tenger fedte, s meg is tallhat valamennyi rtegsora, s az alaphegysg mintegy felt adja. A felsznen a hegysgekben fellelhet - a trisz mszk, dolomit s mrga (Bakony, Bkk, Mecsek, Aggtelek), - a jura mszk, kszn (Bakony, Gerecse, Mecsek), - a krta mszk, agyag, mrga, bauxit (Dunntli-kzphegysg, Mecsek). A harmadkorban (kb. 2 s 67 milli vvel ezeltti idkzben) ltalban sekly tenger bortotta az orszg terlett, a hegysgek szigetet alkotva emelkedtek ki, s ezek partjain vastag ledkek kpzdtek. A miocnban s a pliocnban aktv vulknossg is volt. Az egyes korszakokbl az albbi jellemz kpzdmnyek lelhetk fel - eocn: agyag, breccsa, mrga, mszk (Vrtes, Ngrd), barnaszn (Tatabnya), - oligocn: hasonl az eocnhoz, tovbb hrshegyi homokk s kiscelli agyag (Bp.), - miocn: agyag, mszk, kszn (Ngrd, Fertrkos, Budapest), andezit (Mtra, Zemplni hg.) - pliocn: Pannon-tengeri vastag homokos agyag s lignitledk (hegysgeink pereme), bazalt vulknok (Balaton-felvidk, Ngrd).

13

A negyedkort (a 2 milli ve tart idszakot) szrazfldi viszonyok, szlhordta s fo-lyami ledkkpzds jellemezte: - a pleisztocnban jgkorszaki lsz rakdott le a Dunntli medencre s az Alfldre, ill. fut homok az Alfldre s durva folyami hordalkok (homokos kavics) a Kisalfldre, - a holocnban is a fut homokok s a folyami hordalkok a jellemzk, mg a kisebb fo-lyk mentn ntstalajok s tzegek kpzdtek.

Haznk terletnek tlnyom rszn teht - mint lttuk - a mrnki szempontbl lnyeges znban harmad- vagy negyedkori laza ledkes kzetek tallhatk. Ezeket nevezzk mrnki rtelemben talajnak. ptmnyeink nagyobb rsze erre kerl, ezen anyagokban, ill. ezekbl alaktjuk ki a fldmveinket. Ezek tulajdonsgait kell teht rszletesebben megismernnk.

1.11. bra. Magyarorszg alaphegysge.

14

1.12. bra. Magyarorszg fldtani trkpe.

15

2. A talajok alapvet mszaki tulajdonsgai, talajosztlyozs

A talajok hrom f alkotrszbl, a szilrd halmazllapot szemcskbl, a folykony vzbl s a lgnem levegbl llnak. Ezekhez mg egyb alkotk is trsulhatnak.

Mint minden tbbfzis rendszert, a talaj tulajdonsgait is - az alkotinak (sajt) tulajdonsgait, - az alkotk arnyait, valamint - az alkotrszek elrendezdst s klcsnhatsait feltrkpezve lehet megismerni. (Ez utbbiakat egytt szoks talajszerkezetnek is nevez-ni.) A talajok vrhat viselkedse fgg mg azoktl a hatsoktl is, amelyek a talajt ke-letkezse utn rtk, amit tmren talajtrtnetnek neveznk.

2.1. A talajalkotk tulajdonsgai

A f alkotk kzl csak a szemcsk s a vz tulajdonsgait vzoljuk, mert a talaj viselke-dst mindig e kett fell kzeltjk meg, a levegt ezrt nem trgyaljuk. Nem trnk ki kln az egyb alkotkra sem, csak arra utalunk, hogy a mindennapi gyakorlatban a szer-vessget s a msztartalmat szoks vizsglni. ltalban elegend kzelt meghatroz-suk: a szervessget az izztsi vesztesg alapjn, a msztartalmat a ssavval val reakci intenzitst megtlve minstjk.

2.1.1. A szemcsk tulajdonsgai

Ezek a legfontosabbak, bellk a talaj egsznek viselkedse mr jl levezethet.

A szemcsk elsdleges jellemzsre a mretket hasznljuk. Mivel a szemalak sokfle lehet, a mretet az n. nvleges tmrvel ragadjuk meg. Ezt a nagyobb szemcsk eset-ben annak a szitnak a lyukbsgvel azonostjuk, amelyen a szemcse mg tesik. A ki-sebbek nvleges tmrjnek annak (a szemcsvel azonos anyag) gmbnek az tmrjt tekintjk, amellyel a szemcse egy folyadkban azonos sebessggel lepedik.

A nvleges tmr szles hatrok kztt vltoz tartomnyt frakcikra osztjuk. Ezekre az j eurpai talajosztlyozsi szabvny nyomn a 2.1. brn lthat megnevezseket hasznljuk. (A korbbi hazai osztlyozsi rendszerben a 0,1 s 0,02 mm kztti szemcse-tartomnyt homoklisztnek neveztk.) A frakcik nevnek rvidtsre az angol szavak el-s betit kell hasznlni.

Egy termszetes talajt sokfle mret szemcse, st ltalban mg frakcibl is tbb alkot-ja. A szemcsemrete ezrt csak a szemcsk elfordulsnak valsznsgt mutat szem-eloszlssal jellemezhet. Ennek meghatrozsra a szitls s/vagy a hidrometrls (le-pts) szolgl. A szitls sorn - sszhangban a nvleges tmr defincijval - azt mr-jk meg, hogy valamely tmrj szitn a halmaz tmegnek hnyad rsze hullik t. A hidrometrlssal gy hatrozzuk meg az egyes szemcsemretek gyakorisgt, hogy a talaj vizes szuszpenzijnak srsgvltozst mrjk, ami a szemcsk lepedsnek sebess-grl ad kpet.

A szemeloszlst legkifejezbben a szemeloszlsi grbvel adhatjuk meg. Ez azt mutatja meg, hogy valamely tmrnl kisebb tmrj szemcsk a halmaz tmegnek hnyad r-szt kpezik. A 2.1. bra mutatja a szoksos szemilogaritmikus brzolsi mdot, a frak-cihatrokat s hrom jellegzetes talaj grbjt. Az A jel egy olyan iszapos homok, mely csaknem azonos mret szemcskbl ll, a B jel talaj egy folytonos szemeloszls, vegyes sszettel talajra plda, a C jel pedig egy frakcihinyos (lpcss szemeloszl-s) homokos kavicsot brzol.

16

A szemeloszlst gyakran csak az egyes frakcik rszarnyval adjk meg, pl. a C talajra Gr=59 %, Sa=40 % s Si=1 % llapthat meg. Sokfle szmszer paramterrel is jellem-zik a szemeloszlst, melyek kzl az

10/D60DuC =

kplettel szmthat egyenltlensgi mutat a leglnyegesebb (a B jel talaj esetben Cu=0,30/0,007=43). Ez a szemeloszls folytonossgt jellemzi s klnsen a talajok t-mrthetsgnek elbrlsra ad j informcit. Knnyen belthat, hogy az egyszem-css, kb. Cu=1,9 jellemzj A jel talaj alig tmrthet, szemben a vegyes sszettel B talajjal, s ezt a Cu rtkek klnbsge jl rzkelteti.

Elssorban a szemcsk vzzel kapcsolatos viselkedsnek jellemzsre hasznlatos a Dh hatkony szemcsenagysg, mely annak a gmbnek az tmrjvel azonos, melynek faj-lagos (tmegegysgre vonatkoztatott) fellete a vizsglt talajval azonos. A kutatsok szerint j kzeltssel

10DhD ,

ami abbl kvetkezik, hogy a finomszemcsk adjk a fellet tlnyom rszt.

A szemcsk anyagrl az 1. fejezetben mr szltunk. Kiemeljk, hogy a nagyobb ka-vicsszemcsk mg kzettrmelkbl, a kisebbek, ill. a homokok s homoklisztek tlnyo-mrszt kvarcbl llnak, mg az iszapokban s az agyagokban feldsulnak az agyagsv-nyok. A kvarc elfordulsa azrt szmottev a talajokban, mert az kevsb mllik, mivel kemny, vegyileg semleges svny. Az agyagsvnyok viszont mr vegyi mllssal kelet-keztek, tmegkhz kpest jelents elektromos tltssel rendelkezhetnek, ami miatt a vzhez s egymshoz is elssorban elektrosztatikus erkkel kapcsoldnak.

A szemcsealak, mely szintn vltozatos lehet, valjban ktfle tulajdonsgot jelent. A geometriai forma lehet zmk, lemezes, tszer. Az els inkbb a homokokra, homok-lisztekre, az utbbi az agyagokra jellemz. A felleti a (vz- vagy levegbeli) szlltsi tvolsgtl fgg, s les, rdes, legmblydtt, sima jelzkkel jellemezhetjk.

A szemcsk srsge viszont kevsb vltozik, ezrt mrsre (az n. piknomteres elj-rsra) ritkn van szksg. A szemcsefajttl fggen lehet felvenni, a kavicsok s a ho-mokok esetben s=2,65, az iszapokra s=2,70, az agyagokra 2,75 g/cm

3 ajnlhat.

0

20

40

60

80

100

szemcsetmr D mm

tmegszzalk S %

100 63 10 2 1 0,2 0,063 0,02 0,005 0,002 0,0002

kavics homok iszap agyag Gr Sa Si Cl

AB

C

2.1. bra. Szemeloszlsi grbk.

17

2.1.2. A vz tulajdonsgai s megjelensi formi

A vz a termszet egyik legegyszerbb s legbonyolultabb anyaga. Az eltanulmnyokbl mr ismert jellemzi kzl felsorolsszeren csak azokat emeljk ki, amelyek a talaj vi-selkedse szempontjbl lnyegesek.

A vz fizikai tulajdonsgai kzl fontos, hogy - gyakorlatilag sszenyomhatatlan, - viszkozitsa miatt sebessgklnbsg esetn srlds lp fel benne, - vkony csvecskkben kapillrisan felemelkedik, mgpedig a vkonyabb tmrjek-ben magasabbra, - halmazllapota a nyomstl s a hmrsklettl fggen vltozik.

A vz kmiai tulajdonsgai kzl a kvetkezknek van szerepe: - a vzmolekulk diplus jellegk rvn hidrtburkot kpeznek ionok, molekulk s kristlyrcsok felletn (l. 2.2. bra), - a vzmolekulk hidrogn- (H+) s hidroxilionokra (OH-) esnek szt, disszocilnak, - a vzben ms ionok is lehetnek, s ekkor a vz elektrolitknt viselkedik, illetve egyes zniban az ionkoncentrci klnbzhet, ami vzmozgst induklhat.

Ezen tulajdonsgok miatt a vz a talajban a kvetkez formkban jelenik meg.

A szabad talajvz a szemcsk hzagait sz-szefggen kitlti, nyugalomban van, vagy kls hatsokra - elssorban a gravitci okn - folyadkszeren ramlik.

A kapillrisan kttt vz a talaj alkotta v-kony csvecskkben az sszefgg talajvz fl emelkedik. Egy bizonyos magassgig a hzagokat mg teljesen kitlti (zrt tarto-mny), majd - ahogy egyre tbb hzag eme-lkpessge merl ki - egyre tbb lesz a le-veg, kevesebb a vz (nylt tartomny). A kapillarits a beszivrgst is gtolhatja, ami fggvizek kialakulshoz vezet. A durvbb szemcsj talajok kis vztartalm znjban a kapillris hatsra a szemcsk rintkezsi pontjai krl szegletvizek alakulnak ki.

A kmiailag kttt vz elssorban az agyagszemcsk s a vz kztti elektrosztatikus erk hatsra alakul ki. A hidrtburokban lev vzmolekulk a szemcsefellettl val tvolsgtl fggen ktdnek a szemcskhez. Tvolodva fokozatos tmenettel vlnak szabad vzz, ill. a fellethez kzeledve mr gya-korlatilag elmozdthatatlann, szinte a szemcse rszv, szolvtvzz. Bizonyos krlm-nyek kztt pedig a vz be is plhet a szemcsk kristlyrcsba (szerkezeti vz).

Praknt lehet jelen, illetve mozoghat a vz egy rsze a talaj legfels 1-2 m-nyi znj-ban a kls hmrsklet hatsra.

2.2. A talajalkotk arnyai

ltalban igaz, hogy ha egy talajzna sok szemcst tartalmaz, azaz tmr, ill. kevs ben-ne a vz, akkor kedvezbbek a mszaki tulajdonsgai. Fontos teht szmszeren is lerni az alkotk arnyt. Szoks az ezekre bevezetett paramtereket llapotjellemzknek is nevezni, kifejezve azt, hogy ezek - szemben pl. a szemeloszlssal - vltozhatnak. A sok-fle jellemz rtelmezst a 2.3. bra segti.

2.2. bra.

A vz diplus jellege s a pozitv ionok, ill. a szemcsefelletek hidratcija.

18

2.2.1. Az alkotk egymshoz viszonytott arnyai

A vztartalom a talaj nedvessgnek mrszma. Jele w, s a vz tmegnek (mv) vala-mint a szemcsk tmegnek (ms) hnyadosaknt definiltk:

w=mv/ms

s ltalban %-ban adjk meg. Minthogy tmegarnyt fejez ki, a talaj lazulsa s tmr-dse nem befolysolja az rtkt, s ezrt zavart (szerkezett, trfogatt nem rz) mint-bl is meghatrozhat. A homokok vztartalma - ha nincsenek a talajvz alatt - csak 5 % krl van, mert a szemcsk nem tudnak tbb vizet megktni. Az agyagok vztartalma vi-szont termszetes llapotban 20-30 %, a szerves talajok pedig akr 100-300 % is lehet.

A hzagtnyez a talaj tmrsgnek a jellemzje. Jele e, s a talajban lev hzagok (a vz s a leveg egyttes) trfogatnak (Vh), illetve a szemcsk trfogatnak (Vs) hnyado-sa:

e=Vh/Vs

rtke egy talajzna trfogatvltozsa (tmrdse vagy lazulsa) esetn vltozhat, meg-hatrozshoz zavartalan minta szksges. Egy tmr homokos kavics hzagtnyezje 0,3 krl lehet, laza homokra kb. 0,6 jellemz, mg egy termszetes agyag esetben rt-ke 0,5-1,0 kztt vltozhat, s a mlysggel ltalban cskken.

A teltettsg azt fejezi ki, hogy mennyire tlti ki a vz a talaj hzagait. Jele Sr, s a vz trfogatnak (Vv) s hzagok trfogatnak (Vh) arnyval szmtjuk:

Sr=Vv/Vh

rtke vzfelvtel, illetve leads, valamint lazuls-tmrds esetn is vltozik. Ez is csak zavartalan minta adataibl szmthat. rtke elvileg 0 s 1 kztt lehet. A talajvz alatt termszetesen Sr=1,0, a homokok egybknt 0,2-0,4 krli teltettsgek, az agya-gok viszont mg a talajvz felett is kzel teltettek (Sr=0,8-0,9) lehetnek.

A 2.3. bra kzps rsze, mely egy egysgnyi szemcsetrfogat talajmintt mutat, jl r-zkelteti e s Sr defincijt. Azt is vilgosan jelzi, hogy kt paramter, pl. az e s az Sr, mr egyrtelmen lerja a talaj llapott, ami msknt azt jelenti, hogy w, e s Sr kztt kapcsolat van. rjuk ezt fel w-re a 2.3. bra segtsgvel a w defincijbl kiindulva az m=V. sszefggst alkalmazva:

s

vr

ss

vv

s

v Se

V

V

m

m=w

=

=1

A gyakorlat leggyakrabban az e s w paramtereket hasznlja, a vizsglatok ered-mnyeknt a talajmechanikai szakvlemnyekben ezeket adjk meg, s szksg esetn ezekbl szmtjk a tovbbiakat.

Vh Vl

Vv

Vs

V

l

v

s

1 e.Sr

e

1 1+e

n

2.3. bra

19

2.2.2. Az alkotk trfogatnak arnya a teljes trfogathoz

A hzagtrfogat (n) a hzagtnyezhz hasonlan a tmrsg mutatja. A hzagok tr-fogatnak (Vh) s az ssztrfogatnak (V) a hnyadosa:

n=Vh/V

A szemcsetrfogat (s) a tmrsg kifejezje, szemcsk trfogatnak (Vs) s az ssztr-fogatnak (V) a viszonya:

s=Vs/V

A vztrfogat (v) a nedvessg paramtere, a vz trfogatnak (Vv) s az ssztrfogatnak (V) a hnyadosaknt kell kpezni:

v=Vv/V

A levegtrfogat (l) hasonlan szmtand az elbbiekhez: a talajban lev leveg trfo-gata (Vl) s az ssztrfogat (V) arnya:

l=Vl/V

Nyilvnval, hogy ezek kzl is elg kt fggetlen paramter az llapot lershoz. Az egysgnyi ssztrfogat talajmintnak a 2.3. brn vzolt trfogatarnyibl ez jl rz-kelhet, s annak alapjn knnyen felrhatk a kvetkez sszefggsek:

n=1-s n=v+l s+v+l=1

E mutatk kzl a hzagtrfogatot mindentt, a tbbit inkbb csak idehaza hasznljuk, de nlunk is inkbb az elbbi csoport (e...w...Sr) paramtereivel dolgoznak.

2.2.3. Trfogatsrsgek

A termszetes ("nedves") trfogatsrsg (n) a talaj teljes tmegnek (mn) s ssztrfogatnak (V) hnyadosa

n=mn/V

Jellemz rtke 1,8-2,1 g/cm3. ltalban talajtmegek, fldnyomsok nagysgnak sz-mtshoz hasznljuk, mint llapotjellemz nmagban keveset mond. A szraz trfogatsrsg (d) a talaj szraz (kiszrtott) tmege (md) s az ssztrfogat (V) hnyadosa:

d=md/V

A tmrsg mutatjaknt hasznlatos elssorban a fldmptsben.

A teltett trfogatsrsg (t) a teltett talaj teljes tmege (mt) s az ssztrfogat (V) hnyadosa:

t=mt/V

ltalban szmtssal hatrozzuk meg, a szmtsi kpletben "teltjk" a talajt.

A vz alatti trfogatsrsg () a vz alatti talajtmegekben uralkod nyomsok szm-tsnak egyszerstsre bevezetett, szrmaztatott mennyisg

=t - v

A trfogatsrsgeket nagyon gyakran az e, w s Sr paramterekbl kell felrni, mert vizsglati eredmnyknt azokat adjk meg. A 2.3. bra segtsgvel a defincibl kiin-dulva ez knnyen megtehet:

e+1

Se1

V

mm

V

m vrsvsnn

+=

+==

E kplet Sr=0 behelyettestsvel a d-t, mg Sr=1 rtkkel a t trfogatsrsget adja. Mivel - mint emltettk - az a leggyakoribb, hogy e s w adott, a kpletet clszer ezekre

20

is talaktani. A korbban felrt w-e-Sr sszefggsbl az elbbi kplet szmlljnak msodik tagja helyre 1sw rhat, gy

e

w1sn +

+=1

Gyakran szksges a talaj slynak vagy nyomsnak szmtsa, melyekben a trfogat-srsg s a g nehzsgi gyorsuls szorzata is szerepel. Clszer ezt -val jellni, s e =g mennyisget szoks trfogatslynak nevezni, a -val azonos jelzkkel kiegsztve. Megjegyezend mg, hogy ha valamely talaj trfogatsrsge pl. =2 g/cm3, akkor a ter-mszetes trfogatslya =20 kN/m3-re vehet.

2.2.4. Az llapotjellemzk meghatrozsa

Az elbbi talajparamtereket a talajmintk mrhet jellemzibl kell szmtani. Ezek az mn nedves tmeg, az md szraz (105 C-on kiszrtott) tmeg s a V teljes talajtrfogat. A szmtsokhoz fel kell mg hasznlni az ismertnek tekinthet srsgeket: a szemcsk (s), vz, (v) s a leveg (l) srsgt, amibl az utbbi zrusnak tekinthet).

A szmtsi kpleteket a 2.3. bra segtsgvel a defincikbl kiindulva lehet felrni (ti-los megtanulni!) az eddig is alkalmazott mdon az m=V. sszefggs felhasznlsval. Vegyk figyelembe, hogy

mv = mn md s ms = md

Pldul a hzagtnyez ms=Vs.s figyelembevtelvel:

1

=

=d

s

ss

s

s

h

m

V=1

V

V

V

VV

V

V=e

2.3. A talajalkotk kapcsolata, a talajszerkezet

2.3.1. Az alkotrszek kapcsolata

A szemcsk egyms kztti s a vzzel alkotott kapcsolata alapveten ms jelleg a na-gyobb kavics- s homok-, mint a kisebb agyagszemcsk kztt (l. 2.4. bra)

A nagyobb szemcskbl ll talajokban kevs szemcsekapcsolat van, s ezrt ott megle-hetsen nagy erk addnak t. A szemcsk kztt kzvetlen rintkezs alakul ki, a fell-p feszltsg elri a szemcsk folysi hatrt s az rintkezsi fellet akkorra n, hogy a kapcsolatra hrul norml s srldsi erk taddhassanak.

A kapcsolatban a vz szerepe alrendelt, a nagy nyoms miatt kiszorul az rintkezsi fel-letrl, mivel egybknt sem nagyon ktdik a szemcsefellethez. Ha nem teltett a talaj, akkor az rintkezsi fellet krl alakul ki a szegletvz s sszehzza a szemcsket n. "kapillris kohzit" klcsnzve a kapcsolatnak. Ennek nagysga egy bizonyos vztar-talomnl lesz maximlis, kiszradva, vagy teltdve viszont eltnik.

kzvetlenrintkezs

szegletvz

diszperglt kapcsolat koagullt kapcsolat

2.4. bra. A homok- illetve az agyagszemcsk kapcsolata.

21

Az agyagszemcsk kapcsolata bonyolultabb. A tltssel br szemcsk krl hidrt-burok alakul ki, s az abban lev ionoktl is fggen a szemcsekapcsolat diszperglt vagy koagullt jelleg. Az elbbi esetben nincs kzvetlen rintkezs, a szemcsk negatv tlts lapjai, illetve az azokhoz kacsold vzmolekulk tasztjk egymst. Kialakulhat lap-l kapcsolat is, amelyet az elektromos vonzer hoz ltre, s ezt mg ersti is a kzs hidrtburok. A kapcsolat jellege a vegyi krnyezet vltozsval mdosulhat is.

A kapcsolatban mindenkppen dnt szerepe van a vznek. A kls nyoms hatsra a vz egy rsze kiszorul a talajbl, a szemcsk kzelebb kerlnek egymshoz, s a vkonyo-d hidrtburok mr nem is "igazi" vzknt viselkedik, hanem szinte a szemcse rszeknt. Hasonl a helyzet kiszradskor is, a prolgs rvn eltvozik a vz egy rsze, a marad-rt a szemcsk szinte "kzdenek" egymssal.

Nagyobb vztartalom esetn teht gyenge az agyagszemcsk kapcsolata, olyan mintha a szabad vzben sznnak a szemcsk, az agyag sr folyadkhoz hasonlan viselkedik. Kisebb vztartalom esetn ersek a kapcsolatok, mert a vkony vzburok nem is folyadk-szer, olyan mintha az agyag szilrd anyag lenne.

Msrszrl a szemcsk olyannyira "trekednek" arra, hogy krlttk a lehet leg-nagyobb hidrtburok legyen, hogy emiatt az agyagok vzfelvtel lehetsge esetn mg trfogatuk nvelsre is kpesek (duzzadnak), illetve vzleadskor inkbb trfogatukat cskkentik (zsugorodnak).

2.3.2. Az agyagok konzisztencija

Az agyagsvnyokat tartalmaz talajokban teht a vztartalommal vltozik a szemcsk kapcsolatnak erssge. Ezt szoks - miknt a beton esetben is - konzisztencinak ne-vezni, s ltalnossgban az anyagi sszetarts mrtkt rtjk rajta.

A konzisztencia a vztartalommal folytonosan vltozik, a vltozs szmszer rzkeltet-shez a mrnki gyakorlat szmra clszer volt hatrokat bevezetni, amint azt a 2.5. b-ra rzkelteti. Ezeket konzisztencia- vagy Atterberg-hatroknak nevezzk.

2.5. bra. A talajok konzisztencijnak vltozsa a vztartalommal.

A sodrsi (vagy plasztikus) hatrt a kplkeny s kemny llapot elvlasztsra vezettk be. A gyakorlati tartalma az, hogy e hatr krl jl megmunklhat, mert sem nem tl ta-pads (kplkeny), sem nem tl rgs (kemny) a talaj. Meghatrozsra az n. sodrsi vizsglat szolgl. A talajt kzzel (veglapon vagy papron) kis szlacskkra sodorjuk, olyan llapotra trekedve, hogy ppen 3-4 mm vastagsgot elrve jelentkezzenek az olda-lukon repedsek. Az ilyen szlacskk vztartalmt tekintjk a sodrsi hatr szmrtk-nek. Nagysga ltalban 18-28 %.

A folysi hatr a kplkeny s a folys llapot elvlasztsra szolgl. Gyakorlati tartal-ma, jelentse kb. az, hogy az ilyen llapot agyag mr egy kb. 10-os lejtn is lefolyik. A 2.6. brn lthat Casagrande-kszlkkel hatrozhat meg. A csszbe bekent talajba a formakssel egy rkot kell hzni, majd a csszt a kis mozgat karral tgetni kell mindaddig, mg az rok 10 mm hosszban ssze nem folyik. Meg kell hatrozni a talaj ek-kori vztartalmt, majd hasonl mdon ismtelve el kell lltani az tsszm s a vz-tartalom kapcsolatt. Errl leolvashat az a vztartalom, amelynl ppen 25 ts hatsra folyna ssze 1 cm hosszban az rok. Ezt tekintjk a folysi hatr szmrtknek. 35 s 120 % kztt vltozik, s nagyon jellemz a talajfajtra, a talaj szemcse-vz kapcsolatra.

kemny kplkeny folys

0 wP wL w

22

Emltend, hogy az j eurpai szabvnyok ms mdszert, a kpos penetromteres vizsg-latot ajnljk. Ennek sorn azt kell vizsglni, hogy egy szabvnyos mret kp 5 mp alatt milyen mlyre hatol be a ppes talajmintba. A folysi hatr az a vztartalom, melynl ppen 10 mm a behatols, amit a Casagrande-vizsglathoz hasonlan lehet megllaptani.

Mr rgen megllaptottk azt is, hogy mg jellemzbb a folysi s a sodrsi hatr k-lnbsge, vagyis a kplkeny tartomny terjedelme. Ezt az

IP = wL wP

mennyisget plasztikus indexnek neveztk el. Nyilvnval, hogy a kis IP vzrzkenys-get, a nagy IP nagy vzfelvevkpessget jelent.

Egy agyag szemcse-vz kapcsolatnak jellegt jl jellemzi a plasztikus index, aktulis vztartalmt pedig a konzisztenciahatrokhoz viszonytva rzkelhetjk az aktulis lla-pot milyensgt.

2.3.3. A talajok szerkezete

A talajszerkezeten a szemcsk elrendezdst s a kapcsolatok sszessgt rtjk. A szerkezetek alaptpusait a 2.7. bra rzkelteti.

A nagyobb szemcsj (kavics, homok) talajokban a 2.3.1. pontbeli kapcsolatokbl n. vzszerkezet alakul ki. A kls erkbl kialakul ertadsi vonalakat a szemcsevz kzvetti tovbb. A szerkezet viselkedst a szemcsk mrete, a szemeloszls s a tmr-sg szabja meg a vz szerepe nem jelents. Az ilyen szerkezettel br talajok - statikus ervel alig nyomhatk ssze, mivel a vzszerkezet az sszetmaszkods s a srlds rvn annak jl ellenll; - vibrcis hatsra viszont jl tmrdnek, mivel a vibrci kioldja a szemcsk kztti kapcsolatokat, s gy a szemcsk sajt slyuk alatt tmrebb llapotba rendezdnek;

2.6. bra. A folysi hatr meghatrozsnak eszkze s mdszere.

vzszerkezet sejtszerkezet diszperglt szerk. pehelyszerkezet

2.7. bra. A homok s az agyagtalajok szerkezete.

0

20

40

60

80

10 100tsszm n

vztartalom w %

25

wL

23

- nyrssal szemben a szemcsk kztti srldsi ellenlls s a szemcsevz sszeka-paszkodsa rvn dolgoznak; - viszonylag nagy hzagaiban a szemcskhez alig ktd folyadk "elg" szabadon mo-zoghat, vagyis nagy az teresztkpessgk.

Az agyagszemcskbl felpl talajokban tbbfle szerkezet alakulhat ki: - a sejtszerkezetnek nevezett krtyavrszer rendszerben a lap-l kapcsolat dominl, - a diszperglt szerkezetben fleg lap-lap kapcsolat van, - a pehelyszerkezetben a lap-l kapcsolat "pelyhek" egymshoz gyengn ktdnek.

A szerkezetben azonban nem az elrendezds az igazn fontos, br bizonyos hatsokra adott vlaszok a szerkezettl fggen jelentsen klnbzhetnek is. Dnt a szemcse-vz, illetve a szemcsk kztti kapcsolat jellege, aminek legfbb kvetkezmnyeit az albbi-akban foglaljuk ssze: - statikus teher hatsra elegend id alatt a nagy hzagmennyisg s az egyedi kapcso-latok gyengesge miatt jelents sszenyomdst szenvedhetnek, - tmrteni gyr hatssal lehet, mert vibrci vagy rvid idej statikus teher alatt zrt rendszerknt viselkednek a kis teresztkpessge miatt, - a nyrssal szemben elssorban kohzis jelleg ellenlls mkdik, melynek mrtke nagyban fgg a szemcsket krlvev vzburok vastagsgtl, - a kismret szemcsk kztti kismret hzagok s a szemcsk vzkt hatsa miatt a vzteresztkpessg kicsi.

A vegyes szemsszettel s tmeneti (iszap) talajok viselkedse a szemcsesszettel-tl fggen kzelti az elbbieket. Ha a durvbb szemcsk vzt a finomabbak csak kitl-tik, akkor a homokokra jellemz viselkeds lesz tapasztalhat. Ha tbb a finom szemcse, akkor abban sznak a durvbbak, s az agyagra jellemz viselkeds az eredmny. ltal-ban 25-30 % egyttes agyag+iszaptartalom esetn mr az utbbi vrhat.

2.4. A talajok osztlyozsa

A talajosztlyozsnak az a clja, hogy egy vizsglt talaj fbb tulajdonsgait mr az osz-tlyba sorolsval feltrkpezhessk, felhasznlva az egyes csoportokrl sszegylt ko-rbbi tapasztalatokat. Ehhez az osztlyozsnak termszetesen az elbbiekben trgyalt leg-jellemzbb tulajdonsgokon, paramtereken kell alapulnia. A kvetkezkben az j hazai talajosztlyozsi rendszert mutatjuk be, mely 2006-ban az j eurpai osztlyozsi szab-vnyok alapjn lpett letbe. Rviden utalunk a rgi osztlyozs mdszereire is.

2.4.1. A talajok megnevezse ((((azonostsa))))

A megnevezs a talaj szemcsesszettelre, illetve a szemcse-vz kapcsolat jelentsgre utal, ill. azon alapszik. A talaj nevt lland jellemzjnek tekintjk, amely legfeljebb klnleges hatsokra (pl. aprzdst okoz nagy erk, a vegyi krnyezet talakulsa mi-atti mlls) vltozhat, amit ilyen esetben kln tisztzni kell.

A szemcss talajokat a szemeloszls alapjn nevezzk meg, mivel - mint lttuk - ezek viselkedst a szemcsesszettel determinlja. A kttt talajokat a plasztikus index alapjn osztlyozzuk, mivel ezek viselkedsben az ezzel jl kifejezhet szemcse-vz kapcsolat dominl. A megnevezst az j MSZ 14043-2 szabvny szerint pontosan a k-vetkezk szerint kell megllaptani: - a szemeloszls alapjn, ha S0,06310 % - a szemeloszls s plasztikus index egyttes rtkelse alapjn, ha az S0,063 s az IP

elbbi kritriumai szerint ellentmonds lenne, s ekkor a szomszdos rtegek osztlyo-zsa s a geolgiai eredet segthet a dntsben.

24

A szemeloszls alapjn a 2.8. brn lthat diag-ram segtsgvel kell a ta-lajnak nevet adni. Meg kell llaptani a talajnak a hromszgdiagram tenge-lyein brzolt adatait, s azokbl megszerkeszthet a talajt jellemz pont. A talaj annak a tartomnynak a nevt kapja, melybe a pontja esett. Az als rsz az iszap- s az agyagfrak-cik elvlasztsra szol-gl, s annak alapjn lehet az iszapos vagy agyagos jelzk kzl vlasztani. (Az brn lthat pld-ban az iszapos agyag meg-nevezs duklna, de az ilyen talajt mr a plaszti-kus index alapjn kell osz-tlyozni.)

A rgi hazai osztlyozs-ban a szemcss talaj annak a frakcinak a nevt kapta, melybl a legtbb volt benne. Jelzknt ehhez hozz kellett tenni annak a frakcinak a nevt, mely-bl "elg sok" volt benne. Pontosan: a kavics, a ho-mok s a homokliszt 20, az iszap s az agyag 10% felett volt nevestend.

2.8. bra. Megnevezse a szemeloszls alapjn az MSZ 14043-2 szerint.

A kttt talajok nevt a plaszti-kus indextl fggen a 2.1. tb-lzat alapjn kell megllaptani. A kzps oszlopban szerepl jelzket ajnlja az eurpai szab-vny, de megengedi, hogy az els oszlopban lev hatrokat minden nemzet maga rgztse. A kieg-szt magyar szabvny ezt tette meg, s hozzkapcsolta ehhez a harmadik oszlopban lthat rgi hazai megnevezseket.

2.1. tblzat

A kttt talajok osztlyozsa

Plasztikus index IP %

Csopotnv MSZ EN ISO 14688-2

szerint

Nv az MSZ 14043-2

szerint

........10 nem plasztikus szemeloszls alapjn

10....15 kis plaszticits iszap

15....20 sovny agyag

20....30 kzepes plaszticits

kzepes agyag

30........ nagy plaszticits kvr agyag

25

A talajmegnevezsben utalni kell a szervessgre. Az j rendszerben kiss szervesnek nevezzk azokat a talajokat, melyek szervesanyagtartalma 2-6 %, kzepesen szervesnek 6-20 % esetn, s nagyon szervesnek 20% felett. Korbban ennl szigorbb volt a min-sts, a kttt talajokat 5 %-nl nagyobb, mg szemcss talajokat mr 3 % felett szerves-nek minstettk.

Az j eurpai-magyar szabvny kln rtelmezi a szerves talajokat, s a kllemk s alko-tik alapjn ad megnevezseket rjuk (klnbz tzegek, mocsri ledk, humusz).

A talajok megnevezsnek ki kell terjednie a szn megjellsre is, mert az a munkahe-lyeken segti a talajazonostst s ms informcikat is adhat. Emellett indokolt lehet utalni a geolgiai eredetre s jellemzkre, s minden ms lnyeges tulajdonsgra, pl. a mestersges eredetre, az esetleges szennyezdsre, a helyi elnevezsekre, stb.

2.4.2. A talajok llapotnak minstse

A szemcss talajok esetben - lttuk - a tmrsg a lnyeges, ezrt azt kell minsteni.

Az j magyar szabvny szerint a tmrsgi indexet kell a

minemaxe

emaxeDI

=

kplettel meghatrozni, vagyis az aktulis e hzag-tnyezt a vizsglt talaj leglazbb llapott jellemz emax s a legtmrebb llapotra jellemz emin hzag-tnyezhz kell viszonytani. Ennek segtsgvel a tmrsget a 2.2. tblzat szerint kell minsteni.

Ez gy volt a rgi rendszerben is, csak a mutat jele (Tre) s neve (relatv tmrsg) volt ms, s csak h-rom egyenletesen elosztott kategria (laza k-zepesen tmr tmr) volt.

A leglazbb llapot egybknt gy llthat el, hogy a szraz talajt egy tlcsr segts-gvel a legkisebb tmrt hatst is kizrva egy ednybe folyatjuk. A legtmrebb llapo-tot - mivel szemcss talajrl van sz - vibrcis hatssal lehet elrni.

A tmrsget azonban gy nagyon sokszor nem lehet szmtani, mivel a szemcss anya-gokbl nehz zavartalan mintt venni a hzagtnyez mrshez. ltalban kzvetett adatokbl (pl. a frsi ellenllsbl vagy szondzsbl), vagy korbbi tapasztalatokbl (pl. munkagdrbl vett nagyminta) lehet becslst adni.

A kttt talajok llapott termszetesen a vztartalom hatrozza meg, ezrt a konzisz-tencit kell jellemezni. Erre mind a rgi, mind az j eurpai s magyar szabvnyban az

Iw w

w wCL

L P

=

kplettel szmtand (relatv) konzisztenciaindex (volt) hasznlatos. Az j szabvny szerint 2.3. tb-lzatban szerepl jelzk adandk, mg a rgiben a gyrhat helyett a knnyen sodorhat, a merev he-lyett a sodorhat jelzket kellett adni, s 1,5 feletti rtk esetn a nagyon kemny jelz jrt.

2.2. tblzat

A tmrsg osztlyozsa

Megnevezs Tmrsgi index

ID %

Nagyon laza 0 15

Laza 15 35

Kzepesen tmr 35 65

Tmr 65 85

Nagyon tmr 85 100

2.3. tblzat

Konzisztencia Konzisztencia index

IC

Nagyon puha < 0,25

Puha 0,25 0,50

Gyrhat 0,50 0,75

Merev 0,75 1,00

Kemny > 1,00

26

2.4.3. A talajok kzelt osztlyozsa, felismerse

A mlyptsi munkahelyen nagyon sok esetben van szksg arra, hogy a talajokat ponto-sabb vizsglat nlkl gyorsan azonostsuk. Pldul meg kell tudni tlni egy tltsptsre kiszlltott talaj fajtjt, el kell tudni dnteni, hogy a kiemelt munkagdr aljn valban az a talaj van-e amelyikre a terv szerint alapozni kell, stb. Klnfle egyszer mdsze-rekkel legalbb kzelten osztlyozni kell tudni a talajokat.

A szemcss talajok kzl a kavicsok s a homokok szabad szemmel is felismerhetk. Szemrevtelezssel mg a szemeloszlsukrl is kpet alkothatunk.

A kttt talajok szabad szemmel mr nem klnthetk el, klnbz fogsokhoz kell folyamodnunk.

A szraz rgket ujjal sztnyomva rdemes vizsglni, vagy vz alatti sztesskbl lehet fajtjukat megllaptani. Az iszapok knnyen sztnyomhatk, illetve gyorsan sztfolynak, az agyagok - minl ktttebbek - annl nehezebben, illetve lassabban esnek szt.

Nedves llapot esetn gyrssal, rzssal lehet - bizonyos gyakorlat utn - a plasztikussg mrtkt megtlni. A msik j lehetsg, hogy kssel sima felletet vgunk a mintn. Ha brsonyos lesz, iszappal van dolgunk, minl fnyesebb, "szappanosabb" a fellet annl ktttebb a vizsglt anyag.

A talajllapot sodrssal rtkelhet, a sodrsi hatrtl val tvolsg - mr kis gyakorlattal - elg jl megtlhet.

A szervessg a bomls miatti jellegzetes szagrl s a sttszrke-fekete sznrl ismerhet fel.

27

3. A talajok hidraulikai jellemzi

A talajokban termszetes hatsokra s a mrnki beavatkozsok kvetkeztben vzmoz-gsok kvetkezhetnek be. Lttuk mr az elzekben, hogy a vz talajbeli szerepe milyen jelents lehet, s ltalban igaz, hogy a legtbb talajjal sszefgg pletkrt s a fldcs-szsokat valjban a vzmozgsok, ill. vznyoms- s vztartalom-vltozsok indukljk.

Vzmozgst sokfle ok kivlthat, ezeket a 2.1.3. fejezet alapjn knnyen felsorolhatjuk: gravitci, mechanikai terhels, kapillris feszltsg, a szemcsk vzszvkpessge, h-mrsklet-klnbsg, elektromos potencilklnbsg. Ezek kzl az els a legfontosabb, a legnagyobb hats, ezrt ezzel foglalkozunk rszletesebben, a tbbit csak rvidebben tekintjk t.

Mindezek megismerse eltt azonban rviden fel kell idznnk a hidrauliknak - a Fizika trgy keretben mr megismert - azon ismereteit, amelyek a talajbeli vzmozgsok rtel-mezshez, kezelshez szksgesek. (Megjegyzend, hogy br a trgy jelleghez igazo-dan ltalban vzrl lesz sz, de az rtelemszer mdostsokkal a legtbb esetben br-mely ms folyadkra is rvnyesek a lert trvnyek.)

3.1. Hidraulikai alapok

3.1.1. Hidrosztatikai alapok

A hidrosztatika a nyugv vz trvnyszersgeit trgyalja. Kzlk hrmat kell felidz-nnk.

A vz nyomsa - mint Euler trvnybl tudjuk - a vz felszne alatti brmely h mlysg pontban - merleges a brmely felvett (nyomott) felletre, - brmely irnyban (brmely helyzet felletre vonatkozan) azonos, - nagysga p0 lgnyoms esetn

ghp=p v0 +

A msodik tagot szoks hidrosztatikus nyomsnak is nevezni, s u-val jellni.

A vzben lev testekre a kls felletkre hat vznyomsokbl - azok eredjeknt - fel-hajt er hat (Archimdesz-trvny). Ez - fgglegesen felfel irnyul s - nagysga, ha V trfogat van a vz alatt:

gVF vf =

A zrt teret kitlt folyadkokban a kls nyoms Pascal trvnye szerint minden pont-ban gyengtetlenl jelen van.

3.1.2. A folyadkok kinematikja

E tudomnyterlet a vzmozgsok lersval foglalkozik, anlkl azonban, hogy az azokat kivlt erket, energikat, illetve ezek s a mozgsjellemzk kapcsolatt vizsgln. Valamely vzmozgst, pl. a 3.1. brn vzolt cs egy-egy szelvnyben val ramlst vizsglva, hrom szelvnyjellemzt kell rtelmeznnk. Ezek: - a Q vzhozam a szelvnyben egysgnyi id alatt traml vzmennyisg pl. m3/s-ban, - az A keresztmetszeti terlet az ramlsra merlegesen rtelmezve, pl. m2-ben, - a vk kzpsebessg, pl. m/s-ban.

A hrom jellemz kztt a

Av=Q k

28

sszefggs ll fenn. Egy szelvnyen bell a szleken (a hatrol felleteken) lassbb, kzpen gyorsabb az ramls, amint pl. az a folykon megfigyelhet. A kzpsebessg teht egyfajta tlagsebessgnek tekinthet.

E hrom jellemz a termszetben idben ltalban vltozik, de hosszabb-rvidebb ideig lland is maradhat, vagy j kzeltssel annak tekinthet. Ez a permanens mozgs.

Egy lland vzhozam ramlsi szakaszon, pl. a 3.1. brn lthat cs egyes szakaszain:

- az 1-2 szakaszon mindhrom szelvnyjellem-z lland, itt permanens, egyenletes a mozgs,

- a 2-3 szakaszon a szelvny folyamatosan b-vl, ezrt lland Q mellett vk is vltozik, az it-teni vzmozgst permanens, fokozatosan vlto-znak nevezzk,

- a 3 helyen ugrsszeren vltozik a szelvny, itt permanens, hirtelen vltoz a mozgs.

Mindegyik szakaszra, teht a permanens szelvnyek sorozatra igaz, hogy lland hozam esetn

const.=Av iki Ez a kontinuits trvnye.

A termszetben a legtbb ramls nem permanens jelleg, mert a mozgst kivlt energia is vltozik. A nem permanens vzmozgsok matematikai kezelse azonban ltalban na-gyon bonyolult. Ezrt a legtbbszr gy jrunk el, hogy egy-egy idtartamra permanens-nek tekintve vizsgljuk ket, kivlasztva azokat az idpontokat s peremfeltteleket, me-lyek a vizsglt problma szempontjbl mrtkadk, kritikusak lehetnek. Csak klnsen nagy jelentsg feladatokat oldunk meg nem-permanens modellekkel.

A vzmozgsok szmtsa ltalban az raml vztmeg egyes vzrszecski ltal befutott plya, az ramvonal vizsglatn alapul.

A laminris (vzszlas) mozgsok az ramvonalak idben llandk, vagyis - ha egy vzrszecske egy ponton egy bizonyos pillanatban egy meghatrozott irny s nagysg sebessgvektorral haladt t, akkor ezen a ponton ksbb is ugyangy halad t egy msik vzrszecske, illetve - ha egy vzrszecske valamely A ponton thaladva egy msik B pontba jutott, akkor brmely ms vzrszecske, mely az A ponton thalad a B ponton is tramlik.

A turbulens (gomolyg) mozgs esetben viszont ezek nem teljeslnek, a vzrszecskk plyja szablytalan s idben vltozik, s csak egy hosszabb idre rvnyes tlagos ram-vonal kpzelhet el.

A kt ramlstpus kztt egybknt hidrodinamikai szempontbl mg lnyegesebb k-lnbsg van, mert a laminris mozgs esetben a vzrszecskk csak srldnak egymson s a hatrol kzegen, a turbulens mozgs sorn viszont tkzs is van.

Az ramlsok vizsglatra az ramvonalak kls hatrfelttelek ltal meghatrozott hely-zettl fggen ltalban hromfle modellt lehet hasznlni (3.2. bra): - egydimenzis ramlsi modellt, amelynek az ramvonalai prhuzamos egyenesek, - skbeli modellt, amelynek az ramvonalai skgrbk s az egymssal prhuzamos s-kok sorozatban az ramvonalak azonos alakak s helyzetek, - tengelyszimmetrikus modellt, amelynek az ramvonalai szintn skgrbk, m ez esetben az ramkp egy fggleges tengelyre illeszked forgsskok sorozatban azonos.

3.1. bra. Modellcs.

1 2

3

29

E modellek bizonyos esetekben valban pontosan megfelelnek a vals viszonyoknak, a legtbb esetben viszont csak kzeltsknt alkalmazhatk. Az is lehetsges, hogy csak egy-egy ramlsi znra tekinthetjk rvnyesnek ket, viszont jl kivlasztva azonban ezeket a znkat a problma egszre elfogadhat pontossg megoldst nyerhetnk.

3.1.3. Hidrodinamikai alapismeretek

A hidraulika ezen harmadik rszterlete mr a mozgsok dinamikai sszefggseit is tr-gyalja.

Bernoulli trvnye jelenti e tudomnyterlet alaptrvnyt, mely egy ramvonalon moz-g vz-rszecske energijnak vltozst rja le. Levezethet, hogy egy egysgnyi sly vzrszecsknek az ramvonal valamely pontjban meglv helyzeti, nyomsi s mozgsi energija a kvetkez geodziailag is rtelmezhet energiamagassgokkal fejezhet ki:

g2

v

g

p+z

gV

E 2

vv +

=

ahol E a teljes energia a vizsglt pontban, V a vzrszecske trfogata, v a vzrszecske srsge, z a vizsglt pont magassga egy tetszleges helyzet viszonyt skhoz kpest, p a pontbeli vznyoms, v a vzrszecske sebessge, g a nehzsgi gyorsuls.

Bernoulli trvnye szerint idelis (srldsmentes) folyadkokban ez a sszeg egy ram-vonal mentn lland marad, mikzben a hrom sszetev kln-kln vltozhat. Srl-d (viszkzus) folyadkban, gy a vzben is, az ramvonal kt pontja kztt energiavesz-tesg is keletkezik, teht e kt pontra a trvny gy rvnyes (3.3. bra):

v

22

v

22

21

v

11 hg2

v

g

pz

g2

v

g

pz +

+

+=

+

+

3.2. bra.

ramlsi modellek:

a) egydimenzis ramls,

b) skbeli ramls,

c) tengelyszimmetrikus ramls.

30

L z2

1

2

v gp

v1

vhv

2v22g

21

1

H

viszonytsk 2

ramvona

l

vonal

nyoms v. piezometrikus

energiavonal

h

E2

z

gp

2gv

E1H

3.3. bra. A Bernoulli-trvny rtelmezse

Ebben hv az energiavesztesg (vz)nyom-magassgban kifejezve, melyet clszer egy-sgnyi t-hosszra vonatkoztatni. Ez az ramvonal L szakaszra jellemz fajlagos energia-vesztesg az

I =h

Lv

kplettel szmthat, s hidraulikus gradiensnek nevezzk.

Az energiavesztesg a vzmozgs sebessgvel termszetesen nvekszik. Csbeli ramls esetn pl. Reynolds ksrletei szerint - laminris mozgs esetn k1 vC=I

- turbulens mozgs esetn k2 vC=I

sszefggs jellemz, ahol a C konstansok az ramls hatrol kzegtl s a folyadk tulajdonsgaitl fgg. Pldul D tmrj csben bekvetkez laminris ramls esetn

21 D

g

32

1C

=

ahol a folyadk kinematikai viszkozitsa.

Az ramlst jl jellemzi az

=Rv

Re k

kplettel szmthat Rey-nolds-fle szm, melyben R a hidraulikai sugr, a szel-vny keresztmetszeti terle-tnek s nedvestett kerle-tnek hnyadosa. (Pl. telt szelvny krkereszt-metszetre R=D/4.) Rey-nolds kimutatta, hogy az ramls akkor vlik turbu-lenss, ha Re>580.

Az elbbiekbl rzkelhe-t, hogy az ramls sorn a hosszal arnyosan lpnek fel a srlds jelleg vesz-tesgek. Koncentrlt vesztesgek is vannak azonban egy ramls sorn, pldul szelvny-vltozsnl, irnyvltozsnl, stb. Ezek ltalban a sebessg ngyzetvel arnyosak.

3.2. Gravitcis vzmozgs (szivrgs) a talajban

3.2.1. A mozgs alapsszefggsei

A szivrgs trvnyszersgeit ksrleti ton elsknt Darcy trta fel. Ksrleteinek s azok eredmnyeinek lnyegt a 3.4. bra rzkelteti. Darcy a

A

Qvs =

kplettel rtelmezte a szivrgsi sebessget, melyben A az ramls irnyra merleges teljes talajkeresztmetszetet jelenti (jllehet a vz csak a hzagokban ramlik, m azok ke-resztmetszete nem szmthat ki). Az energiavesztesget az

31

Ih

Lsv=

szivrgsi gradienssel jellemezte, amely annyiban sajtos, hogy a vzrszecskk valj-ban szablytalan, L-nl hosszabb plyt futnak be, de az nem hatrozhat meg.

Darcy kimutatta tovbb, hogy a szivrgs sorn a sebessg kis rtkei miatt elhanyagol-hat a v2/2g sebessgmagassg.

Darcy a vs s Is mennyisgek kapcsolatt vizsglva a 3.4. brn lthat sszefggseket tapasztalta. Megllaptotta, hogy - a finomszemcss talajokban van egy n. mikroszivrgsi tartomny, melyben a gradi-ens nvekedsvel a sebessg erteljesen (hatvnyfggvny szerint) n, - a gyakorlatban leginkbb elfordul gradiens, ill. sebessgtartomnyban a kapcsolat lineris, ami a 3.1. fejezet szerint a laminris mozgsra jellemz, s ez a

( )0ss IIkv = sszefggssel rhat le, ahol k a talajra jellemz n. vzteresztkpessgi egytthat vagy szivrgsi tnyez, I0 pedig szintn a talajra jellemz kszbgradiens, - egy bizonyos kritikus vskr sebessgnl, illetve Ih hatrgradiensnl az ramls turbulens-s vlik, ahol a vs kevsb n a gradiens nvekedsvel, illetve megfordtva: vs nveke-dsvel Is sokkal erteljesebben nvekszik, mint a laminris ramls esetben.

A talajokra jellemz k, I0 s Ih rtkeket a 3.1. tblzat rzkelteti. Kln felhvjuk a fi-gyelmet k rtknek tbb nagysgrendet fellel vltozsra, ami szinte pldtlan a mr-nki gyakorlatban hasznlatos egyb anyagparamterek kzt. k rtknek ez a jelents vltozsa nagy nehzsgeket okoz a talajbeli vzmozgsok tervezsben, mert meghatro-zsakor sajnos alig kerlhet el fl nagysgrendnyi tveds. Ez tszrs eltrst eredm-nyez a vzhozamokban, s pl. az ennek alapjn tervezend szivattyterhelsekben, amit az ptsi gyakorlat sokszor nehezen tud kezelni.

3.1. tblzat A talajok hidraulikai paramtereinek jellemz rtkei

talaj fajta

teresztkpessg k m/s

I0 kszb gradiens

Ih hatr gradiens

homokos kavics 10-3.....10-4 0 1 homokos iszap 10-5.....10-6 0,2 10 kzepes agyag 10-8.....10-9 0,8 100

3.4. bra. Darcy szivrgsi ksrlete.

32

A Darcy-trvnyt a legtbbszr a kszbgradienst elhanyagolva az

ss Ikv =

egyszerstett formjban hasznljuk, ill. ha egyrtelm, hogy szivrgsrl van sz, akkor mg az s indexeket is elhagyjuk.

A szivrgst elmleti ton Koeny vizsglta. Egy n. csktegmodellt fogalmazott meg, melyben a talaj valamely A keresztmetszetnek vltoz hzagrendszert N db D0 tmr-j csvel modellezte. Az L hosszsg csvek D0 tmrjt abbl a kt felttelbl hat-rozta meg, hogy - a csvek (bels) ssztrfogata legyen azonos az AL talajtr hzagainak trfogatval, hogy ezzel a vz ramlsi tere azonos legyen, - a csvek bels palstfellete legyen azonos e talajzna szemcsinek sszfelletvel, hogy gy az ramlst akadlyoz srlds azonos lehessen.

Koeny e feltevsekbl rdekes eredmnyekre jutott, melyekbl kiemeljk a szivrgsi sebessg

2h

3

3 De1

egC=k

+

sszefggst, melyben a konstans a szemalakot s a talajszerkezetet fejezi ki s legjel-lemzbb rtke 10-2-re vehet. A kplet jelzi, hogy a szivrgsi tnyez - valjban nem csak a talajtl, hanem az raml kzegtl is fgg, hiszen a kpletben a kinematikai viszkozits is szerepel, mely radsul - mint ismeret - hmrskletfgg is, - a tmrsgtl, az e hzagtnyeztl a jelzett mdon fgg, mely e relis szls rtkeit figyelembe vve kb. 2,5 nagysgrend vltozst jelenthet, ennyit r teht pl. a gtak anya-gnak tmrtse a vzzrsgban, - dnten a talajfajttl, a Dh hatkony szemcsetmrtl fgg, ennek lehetsges 4-5 nagysgrendbeli vltozsa (a kavics s az agyag kzt) magyarzza k risi klnbsgeit.

A talajok szivrgsi tnyezjt hromfle mdszerrel lehet meghatrozni.

Laboratriumban a talajbl vett zavartalan mintkon t vizet ramoltatva, az ramls mindegyik jellemzjt mrve a Darcy trvny alapjn k szmthat. Hromfle mdszert hasznlnak: - a homokok, kavicsok esetn az n. lland vznyomsos vizsglatot, - a homoklisztek, iszapok, sovny agyagok esetben az n. vltoz vznyomsos vizsg-latot, - kzepes s kvr agyagokra pedig a konszolidci vizsglatot.

Mindegyik laborvizsglat htrnya, hogy a terepi hidraulikai viszonyok brmely anomli-jt (pl. repedseket, mikrortegeket) nem lehet gy utnozni, pedig ezek a vzmozgso-kat jelentsen megvltoztathatjk.

Helyszni, terepi mrseket is alkalmaznak ppen az utbbi bizonytalansgok kiksz-blse rdekben. Itt is hromfle alapmdszer hasznlatos: - a prbaszivattyzs, melynek keretben egy kttal ltrehozott leszvs eredmnyeit mrve szmtjk k rtkt,

- a frlyukas vizsglat, melynek sorn a furat falfelletnek egy rszn valamely nyo-ms hatsra elszivrg vzmennyisg mrsbl becslik k nagysgt,

- a szikkasztsos vizsglatok, melynek sorn a talajba mlytett ismert mret regekbl (furat, akna) trtn vzelszivrgs idejbl kvetkeztetnek az teresztkpessgre.

E vizsglatok legfbb htrnya kltsgessgk, s idbeli temezhetsgk nehzsge (t.i. hogy mr a tervezskor sorra kerljenek).

33

Kzelt elmleti vagy tapasztalati eredet kpletekkel, diagramokkal is lehet becslni k rtkt, amire fleg az eltervezs idszakban van nagy szksg. Ilyen kpletnek te-kinthet tulajdonkppen Koeny- is, melyhez sok hasonl (ltalban egyszerbb alak) kplet tallhat a szakknyvekben.

3.2.2. Az ramlsi er s hatsai

Mint lttuk, Archimdesz trvnye szerint a nyugv vzben lev testre a test kls felle-tre hat vznyomsok eredjeknt fggleges irny felhajt er hat. A talaj esetben ez azt jelenti, hogy nyugv vzben egy V trfogat (rtelemszeren teltett) talajelemre a slynak s a felhajt ernek a klnbsge hat:

gVgvVgtVfFGP ===

Levezethet, hogy raml vzben a vznyomsokbl a felhajt er mellett mg egy to-vbbi er is keletkezik, s ezt szoks ramlsi ernek nevezni. Ez a vznyomsok ered-jnek s a felhajt ernek a vektorilis klnbsge, - nagysga = VIsvg, - irnya minden pontban az ramvonal ottani rintjvel azonos.

gy is rtelmezhetjk ezt, mint azoknak a srldsi erknek az ellentettjeit, melyekkel a szemcsk akadlyozzk a vz mozgst. Ezek magukkal akarjk ragadni a szemcsket, te-ht szemcsemozgsokat okozhatnak. A felszni vzmozgsok, a csapadklefolys ilyen hatsa kzismert, ezt nevezzk erzinak. A felszn alatti vzmozgs ilyen hatsa sokig kevsb feltn, m egy id utn, elfajulva, slyos kvetkezmnyekkel jrhat.

Szuffzi esetn csak a finomabb szemcsk mozognak a durvbbak kztt egy rtegen bell. E jelensget kolmatcinak hvjuk, ha egy rteghatron kvetkezik be, ahol pl. agyagot "moshat be" a vz kavicsba. Hatsa "csak" hidraulikai jelleg, megvltozik az t-eresztkpessg, ami pl. egy kt vzhozamnak cskkensvel jrhat.

Bels erzi, hidraulikus talajtrs kvetkezik be, ha az ersebb ramls a talaj egy znjt megbontja, s ez mr mechanikai kvetkezmnyekkel jr, egszen nagy fldtme-gek veszthetik el gy a stabilitsukat. Ilyen kvetkezhet be pl. a 3.5. brn lthat ese-tekben: gtak alatti vzmozgs, munkatrhatrol falakat megkerl vzszivrgs esetn, lejt lbnl bekvetkez vzkilpskor. Hatkony vdekezst ltalban az nyjt, ha az ramlsi ert, azaz a szivrgsi gradienst cskkentjk: a hv vzszintklnbsg cskkent-svel vagy az L thossz nvelsvel. A rzslb krosodsa gy vdhet ki, hogy nem engedjk meg a vz kilpst, szivrgval mlyebbre visszk a vizet (lsd a 10.2.3. feje-zetet).

buzgrosods fenkfelszakads rzslb kimosdsa

3.5. bra. Pldk a bels erzira s a hidraulikus talajtrsre.

34

3.2.3. A szivrgsi feladatok megoldsnak alapjai

A gyakorlatban jelentkez feladatokban ltalban hrom krdst kell megvlaszolni: - mekkora a vzhozam, - mekkora az ramlsi tr egyes pontjaiban a vznyoms, - mit okozhat az ramlsi er. A megoldsokat az elbbiekben vzolt elvek, mdszerek alapjn tallhatjuk meg: - a Darcy-trvny egyszerstett alakjt fogadjuk el, - permanensnek tekintjk az ramlsokat, - a vzolt (egydimenzis, skbeli vagy tengelyszimmetrikus) modellekkel dolgozunk, - a Bernoulli-trvnyt hvjuk segtsgl a vznyomsok meghatrozsra, - az ramlsi er hatsait az elbbiek szerint elemezzk, s hrtjuk el veszlyes hatsait. Az egydimenzis ramlsokat homogn talaj esetn a Darcy-fle ksrlet analgijra lehet vizsglni. Ismernnk kell az ramvonalak valamely kt, L tvolsg pontja kztt fellp hv energiaklnbsget, melybl a hidraulikus gradiens s abbl a k teresztk-pessg ismeretben a vs sebessg szmthat. Ebbl a kivlasztott A felleten traml

ALvhkAsvQ ==

vzhozam is kiaddik.

Kt pont kzt ilyenkor linerisan vltozik az energiaszint, s ebbl brmely kzbens pont, s ab-bl - a pont geodziai helyzete alapjn - az ott uralkod vznyoms is meghatrozhat.

Rtegzett talajban ha az teresztkpessgek nagysgrendileg klnbznek - az ramlst nagymrtkben befolysolja az ramvonal s a rteghatrok viszonya. Igazols nlkl emeljk ki a leglnyegesebb ismereteket: - a rtegzdsre merleges ramls esetn a legkisebb teresztkpessg rteg szerepe a meghatroz: kzeltleg ltalban gy szmolhatunk, mintha a rtegzett rendszerre es teljes energiavesztesget az e rtegen trtn tramls emszten fel, - a rtegekkel prhuzamos (s a rtegekben azonos gradiens) ramls esetn a legna-gyobb teresztkpessg rteg szerepe a dnt: kzeltleg ltalban gy vehet, mintha csak ebben ramlana a vz, a tbbi hozama elhanyagolhat, - a rteghatrral szget bezr ramls esetn a hatron az ramvonal a fnyhez hason-lan megtrik, spedig a nagyobb teresztkpessg rtegben haladva zr be nagyobb szget a hatrfellet normlisval. Skbeli ramlsok esetn a grbe ramvonalak s a rjuk merleges azonos energij pontokat sszekt n. ekvipotencilis vonalak (felletek) alakjt s helyzett kell meg-hatrozni. A mrnki gyakorlatban legtbbszr prblgatssal, a konkrt krlmnyekre rvnyes ramkp megszerkesztsvel rnk clt. Addig kell a ketts vonalsereget ja-vtgatni, mg azok kielgtik a kvetkez kvetelmnyeket: - az ramvonalak s az ekvipotencilis vonalak egymsra merlegesek, - a vonalak ltal alkotott hlk szemeibe rintkr szerkeszthet, - a vonalak illeszkednek a peremfelttelekhez (az ramlsi tr hatrol vonalai vagy ram- vagy ekvipotencilis vonalak). A 3.6. bra egy elfogadhat pontossg megoldst mutat egy szdfal krl bekvetkez mozgsra. Az ramkp alapjn az egy folymterre es vzhozamot (m3/s/m-ben) a

vhpncsnkQ =

kplettel lehet szmtani, melyben az ismert jellsek mellett a trt szmllja az ram-vonalak kzti csatornk, nevezje pedig a potencilessek szma.

35

3.7. A Dupuit-fle kzelts.

Az ramkp alapjn Bernoulli trvnyt alkalmazva megha-trozhat, hogy egy pontban mekkora a vznyoms, ha azt is figyelembe vesz-szk, hogy brmely kt potencilvonal kztt az energia-vesztesg hv/np. Az N pontban pldul

3.6. Skbeli ramls ramkpe.

( ) Np

v11N zn

h

MO

MN2hzh

++=

Olyan skbeli ramlsokra, amilyent a 3.7. bra rzkeltet, vagyis ahol - alul egy vzzr rteg hatrolja az

ramlsi teret - (legalbb) kt helyen ismert a

vzszint magassga s - az ess elg kicsi (kb. 0,3 alatti),

a Dupuit-fle kzelt szmtssal is dolgozhatunk. Ez az ekvipotenci-lis vonalakat fggleges egyenesnek tekinti, ami nyilvn csak kisebb essnl fogadhat mg el. Az erre alapozott levezets vgeredmnyei-knt megadhat a folymterenknti vzhozam s a vzfelszn helyzete:

A tengelyszimmetrikus ramlsi eseteket is gyakorlatilag mindig a Dupuit-fle kple-tekkel oldjuk meg. Ez ugyanolyan felttelek mellett alkalmazhat, s vgeredmnye is ha-sonl, csak a kpletekben az x rtkek helyett lnr rtkek szerepelnek (r az ramls ten-gelytl mrt tvolsgot jelenti), illetve a vzhozam kpletben helyett szerepel.

3.3. Egyb vzmozgsok

3.3.1. Kapillris vzmozgs

A kapillris jelensgre a 2.1.2. fejezetben mr utaltunk. Vzoltuk, hogy az emelkeds magassga a cstmrvel fordtottan arnyos, ezrt a durvbb szemcsj kavicsokban, homokokban az emelkedsi magassg kisebb, mint az agyagokban. rzkel-tettk mr azt is, hogy egy bizonyos talaj csvecskinek tmrje is vltozik, ezrt alakul ki a zrt s a nylt kapillris tartomny.

12

21

22

2

1

xx

hhkQ

= ( ) 2112

121

22 hxx

xxhhh +

=

36

0

50

100

150

200

0 2 4 6

id t napemelkeds z cm

homok

iszap

agyag

3.8. bra. A kapillris emelkeds idbeli alakulsa.

A talajbeli kapillris emelkeds elmleti s ksrleti ton is vizsglhat. Mindkt mdon elllthatk a 3.8. brn lthat grbk.

A grbkrl megllapthat, hogy - a homokokban kicsi az emelke-ds, s az igen rvid id alatt be-kvetkezik, - az agyagokban nagy magassg alakulhat ki, de csak nagyon hossz id alatt, - az iszapokban alakul ki vi-szonylag rvid id alatt a legna-gyobb magassg.

Az elmleti kpletek anyagjellem-zi azonban nehezen hatrozhatk meg, a ksrleti mdszerek eset-ben pedig a 3.2.1. fejezetben jelzett problmk merlnek fel. Ezrt a gyakorlatban inkbb a terepi megfigyelsekre hagyatkozunk. gy nyert jellemz emelkedsi magassgokat fog-lal ssze a 3.2. tblzat.

A kapillris emelkeds gyakorlati vonat-kozsai kzl kiemeljk, hogy - ily mdon a talaj vizet szllthat az pt-mnyek alapjaihoz, falaihoz, ami ellen szi-getelni kell ket; - talajfagyskor jelents mennyisg vz emelkedhet kapillris ton az tburkolatok alatti fagyznba, ezzel megn ott a vz-tartalom, aminek kvetkeztben a fagy- s az olvads okozta krosods veszlye, ill. mrtke fokozdik; - negatv hidrosztatikus nyomst eredm-nyez a talajvz felett, ami viszont javtja a talajok szilrdsgt a kapillris kohzi r-vn, m ez a talajvz emelkedsekor meg-sznik, ezrt csak ritkn szmthatunk r.

3.3.2. Elektroozmzis

Emltettk, hogy a talajban ltalban tallhatk fmionok, melyeket hidrtburok vesz k-rl. Klnsen igaz ez az agyagokra s fleg akkor, ha pH rtkk a semlegessgre jel-lemz 7-tl jelentsebben eltr.

Ha egy ilyen talajban termszetes vagy mestersges okok miatt elektromos potencilk-lnbsg lp fel, akkor az vzmozgst okoz. A mozgs gy zajlik le, hogy a pozitv tlts fmionok a katd fel ramlanak, ezt hvjk elektroforzisnek, de magukkal viszik a hidrtburkukat, azaz a vizet, ez az elektroozmzis.

Termszetes potencilklnbsg jhet pldul ltre a talajba helyezett szerkezetek s a talaj kztt, s az gy kialakul ramls a szerkezetek korrzijt fokozza. Kialakulhat fe-szltsgklnbsg kt klnbz sszettel rteg hatrn is, mert az sszettellel egytt

3.2. tblzat

Jellemz kapillris emelkedsi magassgok

talajfajta emelkedsi magassg

hk m

homokos kavics 0,10 ... 0,20

homok 0,40 ... 0,80

homokliszt 1,00 ... 1,50

iszap 2,00 ... 3,00

kzepes agyag 4,00 ... 8,00

kvr agyag 10,00 ... 50,00

37

klnbzik a dielektromos llandjuk is. Az ezltal bekvetkez ramls pl. az egyik fel-sznnek elnedvesedshez, felpuhulshoz vezethet, ami aztn e felsznen bekvetkez csszst okozhat. Tulajdonkppen mikromretekben lezajl elektroozmzisrl van sz akkor is, amikor az agyagszemcsk a szabad hzagokbl elszvjk a vizet, hogy hidrtburkukat nveljk. gy is felfoghat a jelensg, hogy a vz azrt ramlik, hogy a szabad hzag s a szemcsk kztti zna koncentrciklnbsge kiegyenltdjn. Ez a jelensg az ozmzis elmletvel trgyalhat, s ezzel az agyagok duzzadsnak jelensg-re is adhat fizikai magyarzat.

Mestersges potencilklnbsget bizonyos esetekben elssorban azrt hoznak ltre, hogy a talaj egy znjt szrtsk. Ha a katdot ugyanis ktknt kpezik ki s a vizet ki-emelik belle, akkor az and krnykn a vzszint, ill. a vztartalom cskkenthet. Ha nem emelik ki a vizet, akkor az and krnykn csak a vznyoms cskkenthet le. Ha viszont a mestersges potencilklnbsg ltrehozsval egytt az andnl mg valami-lyen fm ionjait is bejuttatjuk a talajba, akkor az ioncservel a talaj tulajdonsgait is ja-vthatjuk. 3.3.3. A termoozmzis s a talajfagys

A hmrskletklnbsg hatsra ltrejv vzmozgs a termszet kzismert jelensge. A vz elssorban praknt mozog a hidegebb s ezrt kisebb nyoms helyek fel. gy van ez a talajban is, m ott a vizsglatok szerint mg a szemcsk hidrtburkai kztt is lezajlik vzmolekula tads, s az is a hidegebb hely fel irnyul vzmozgst eredmnyez. A mrsek szerint a talajhmrsklet haznkban a 3.9. bra szerint alakul.

A semleges szint kb. 4,0 m mlyen van, ez alatt a lghmrsklet hatsa mr nem rv-nyesl, a talajhmrsklet idben lland. 2,5 m alatt azonban mr alig van vltozs, leg-albb is nem akkora, hogy vzmozgst keltsen. A vltozsok mrtkt persze a talajfajta s a fedettsg is befolysolja.

Lthat, hogy tlen, ill. nyron hajnalban alakul ki felfel cskken h-mrsklet, s ezzel felfel irnyul vzmozgs. Az elbbi eredmnye a meg-fagy talajzna elnedve-sedse, az utbbi a ta-lajvzszintet cskkent prolgs.

Tlen a felszn fell le-hl talajzna fel az elbbiek szerint alulrl vz ramlik, s ott megfagy. Az iszapokban s az agyagokban n. jglencsk alakulnak ki, melyeket az alulrl jv vz egyre hizlal. A jgg fagy vz tr-fogata egybknt is megn, gy a jglencsk sztrepesztik a talajszerkezetet, nvelik a ta-lajtrfogatot, megemelhetik a felsznt, illetve a rhelyezett szerkezetet, esetleg ssze is trhetik azt. Ezt a jelensget hvjuk fagykrnak.

Tavasszal az olvads is fellrl indul meg, a kiolvadt tbbletvz azonban nem tud be-szivrogni, mert alatta mg jg van, ezrt a fels zna puha lesz, teherbrsa ersen le-cskken. A rajta lev szerkezet a meggyenglt altmasztson terhels alatt tnkre me-het. Ez az olvadsi kr.

0

1

2

3

4

5

-10 0 10 20 30

talajhmrsklet C

mlys

g m

nyridlutn

nyrihajnal

tlijszaka

tli melegnap

gyors tlilehls

3.9. bra. A talajhmrsklet vltozsai.

38

A krok akkor nagyok, ha a fagys alatt sok vz juthat a jglencskhez, ami akkor val-szn, ha - a talajvz kzel van, s onnan a vz kapillrisan ptldhat abba a znba, ahonnan a hmrskletklnbsg miatt felfel ramlik a vz, - a talaj homokliszt, iszap, sovny agyag, mert ezekben elg gyorsan elg magasra emelkedhet kapillrisan a vz, jglencss fagys alakul ki s elnedvesedve cskken a te-herbrsuk, - a fagys viszonylag lass s tarts, mert gy van id a kapillris emelkedsre, mlyen tfagy a talaj, amivel nvekszik a kritikus llapotba jut talajzna.

Mindezeket az elrsok szerint pontosabban is rtkelni kell. Haznkban gy tartjuk, hogy a felszn alatti 2,2 m-nl magasabb tli talajvzszint mr kritikus, ha a talaj ho-mok+kavicstartalma 75 %-nl kisebb s egyben az iszap+agyagtartalam 10 % feletti. A fagymlysget ltalban 50-80 cm-re vesszk az pts helytl fggen, de a felsznt ta-kar burkolatok hszigetelkpessgt figyelembe vve ez cskkenthet.

Az pletek esetben ltalban gy vdekeznk a krosods ellen, hogy az alapskot a fagyhatr al helyezzk. Az j kzlekedsi plyk esetben a vdelem f mdszere az, hogy a fagyhatrig csak fagyll talajt (homokos kavicsot) ptnk be. Rgi plyk eset-ben - ha a terepadottsgok azt lehetv teszik - a talajvzszint cskkentsvel rhetjk el a legjobb eredmnyt.

39

X

Y

Z

A

ZX

Z

ZY

YZ

YXY

XXZ

XY

Y

X

ZA

A

A

4.1. Egy pont feszltsgi llapota.

4. A talajok mechanikai jellemzi

A legtbb mrnki feladatban valamilyen terhels is ri a talajt, vagy ellenkezleg: a talaj terheli a ltesl szerkezetet. Az elbbire az pletek alapozsa a plda, az utbbira a fldbe ptett csvek, alagutak, falak. Terhelsi problmk merlnek fel a fldmvek ese-tben, pl. egy tlts ptsekor is, ahol a talaj teher s tehervisel kzeg is.

E problmk megoldshoz meg kell ismerni a talajnak, mint anyagnak a mechanikai sa-jtossgait, ez lesz e fejezet trgya. Ugyanakkor meg kell ismerni azokat a mdszereket is, melyekkel egy talajznnak, mint tartszerkezetnek a viselkedst vizsglni lehet, ez a kvetkez fejezet tmja. Valjban azonban az a helyes, ha mindkt vonatkozsban a ta-laj s az j ptmny, (ill. az j mrnki beavatkozs) klcsnhatsait rzkeljk s ele-mezzk, s a konkrt esetnek megfelel anyag- s szerkezeti modelleket vlasztunk. Ezrt a mechanikai (mretezsi) mdszerekre majd a ksbbiekben, a fldmvek s az alapoz-sok kialaktsnak ismertetsekor is kitrnk.

A talajok terhels alatti viselkedsnek vizsglatban a szmtstechnika risi fejldse szmos j lehetsget teremetett, s ennek megfelelen az ismeretanyag napjainkban je-lentsen kibvl. E tanulmnyok keretben azonban termszetesen csak az alapok ismer-tetsre van md.

4.1. Szilrdsgtani alapok

4.1.1. Feszltsgek s alakvltozsok

A feladatok megoldshoz a 4.1. brn lthat koordintarendszert hasznljuk.

Ha egy terhelt talajznt akarunk elemezni, akkor elszr egy-egy pontjnak mechanikai llapott kell vizsglni. Ehhez a pontba egy elemi (kis oldalhosszsg) hasbot kpze-lnk, melynek lapjait clszeren a koordintatengelyekkel prhuzamosan vesszk fel.

A pont mechanikai llapott a kvetkez 15 paramter jellemzi: - 3 norml- s 3 nyrfeszltsg a hasb oldallapjain: x, y, z, xy, yz, zx, - 3 fajlagos nyls s 3 szgtorzuls, a hasb deformcii: x, y, z, xy, yz, zx, - 3 eltolds: a pont elmozdulsvektornak komponensei: ux, uy, uz. A dualits trvnye szerint az leknl tallkoz nyrfeszltsgek abszolt rtke egyen-l, gy pl. |xy|=|yx|. Ezrt elegend a kilencbl csak hat feszltsgkomponenst ismerni, s

ugyanez igaz a szgtorzul-sokra is. A talajmechanikban a norml-feszltsgeket akkor tekintjk pozitvnak, ha nyomfeszlts-gek, azaz ha - mint az brn is - a sk fel irnyulnak. Ezzel sszhangban a fajlagos alak-vltozsok esetben is az sz-szenyomds pozitv, a nyls negatv. A nyrfeszltsgeket pedig - mint szoksos - akkor tekintjk pozitvnak, ha a po-zitv normlfeszltsg ra-mutatval egyez irny elfor-gatsval add irnyba mutat-nak.

40

Az elbbi paramterek azonban nem fggetlenek egymstl. sszefggseiket 15 diffe-rencil- egyenlettel lehet megadni: - 3 egyenslyi egyenletben adhat meg a kls erk (qi) s a feszltsgek kapcsolata, - 6 geometriai egyenlet rhat fel az alakvltozsokra s az eltoldsokra, - 6 fizikai egyenletben rhat le a feszltsgek s az alakvltozsok kapcsolata.

Az sszefggseket szimblikusan a 4.2. bra rzkelteti.

Bebizonythat, hogy ha e 15 paramter ismert, akkor ezekbl tetszleges nor-mlis skra hat feszltsgek, tetszle-ges irny fajlagos elmozdulsok s elto-ldsok megadhatk. Levezethet, hogy ltalnos esetben van hrom olyan sk, melyre csak normlfeszltsg hat, nyr nem. Ezeket fskoknak, a hrom fe-szltsget ffeszltsgnek nevezzk. Bi-zonythat az is, hogy a hrom fsk egymsra merleges, illetve a hrom f-feszltsg egyike a pontban elfordul

normlfeszltsgek maximuma, a msik pedig a minimuma. Az elbbit szoksosan 1, az utbbit 3 jelli. Egy pont feszltsgi llapott a 4.1. brn vzolt md helyett gyakran a ffeszltsgekkel adjuk meg, spedig a 3 ffeszltsgnagysggal s 3 irnyszggel, me-lyek a fskok helyzett rgztik. (Mivel a fskok egymsra merlegesek, hrom adat egyrtelmen rgzti helyzetket.)

Egy pontban tetszleges helyzet skokat is felvehetnk, s szksg lehet az ezekre hat feszltsgre is. Egy ilyen sk a 4.1. brn felvett elemi hasbbl lehatrol kt rszt, s a rhat feszltsgeket e rszek valamelyiknek egyenslybl lehet meghatrozni. Az gy kiadd sszefggsek a felvett sk keresett feszltsgeit az x-y-z koordintarendszerbeli feszltsgek vagy a ffeszltsgek fggvnyeknt adjk meg.

E feszltsgeket szemlletesen lehet az n. Mohr-fle koordintarendszerben krk-kel brzolni. A 4.3. bra pldul azt mutatja, hogy a msodik fskra merleges s az els fskkal az bra szerint rtelmezett szget bezr skra hat - feszltsgeket miknt jelli ki a 1-3 ffeszltsgek ltal meghatrozott Mohr-kr egy pontja. (Ha-sonl mdon a 2-3 kr az els fskra merleges s a msodik fskkal szget bez-r sk feszltsgeit jelli ki.) A kr geometrija alapjn knnyen felrhat a kt kompo-nensnek a ffeszltsgekbl szmthat, az elbb emltett szmtsi kplete is:

=

++

= 22

222

313131 sincos NN

geometriai egyenletek

egyenslyi egyenletek

fizikai egyenletek

qi ui

i

i

4. 2. bra.

A mechanikai jellemzk sszefggsrendszere.

1 3

4.3. bra. A Mohr-fle feszltsgbrzols.

1 3

41

4.1.2. A rugalmas viselkeds s a Hooke-trvny

A mrnki gyakorlatban a legtbb esetben - legalbb is els kzeltsben - ersen ideali-zlt tulajdonsgokkal ruhzzuk fel az anyagokat. ltalban felttelezzk, hogy az anyag - homogn, azaz tulajdonsgai pontrl pontra azonosak; - izotrp, azaz tulajdonsgai irnytl fggetlenek; - rugalmas, azaz a terhels megsznte utn a deformcik is megsznnek; - lineris feszltsg-alakvltozs kapcsolattal jellemezhet.

A linerisan rugalmas anyagtrvny az elbbiekben emltett fizikai egyenletek legegy-szerbb s leggyakrabban hasznlt pldja.

Egyszer Hooke-trvnynek nevezett formja kzismert. Az egytengely nyomksrlet eredmnyein rtelmeztk a fggleges terhelssel azonos irny feszltsg (z) s az ugyanilyen irny alakvltozs (z), ill. s a keresztirny alakvltozsok (x s z) kap-csolatt:

zxzz E ==

A kpletekben E a rugalmassgi (Young-) modulus, a harntkontrakcis (Poisson-) t-nyez, a linerisan rugalmas, homogn, izotrp kzeget ltalban e kt anyagjellemzvel jellemezzk. Kpezhetk azonban ms paramterek is, pldul a nyrsi modulus:

( )+=

12

EG ,

mindenesetre kt fggetlen anyagjellemz lerja a vzolt tulajdonsg anyagot.

Az ltalnos Hooke-trvny az elbbinek a trbeli feszltsgi s alakvltozsi llapotra trtn ltalnostsa 3 fajlagos sszenyomdsra s 3 fajlagos szgtorzulsra kifejezve, melyekbl pldaknt egyet-egyet mutatunk be:

( )[ ]GExz

xzyxzz

=+=1

Figyeljnk fel arra, hogy valamely irny fajlagos sszenyomds elssorban az ugyan-olyan irny normlfeszltsgtl fgg, de a keresztirnyak is befolysoljk. Valamely szgtorzuls viszont csak az ugyanolyan irny nyrfeszltsg kvetkezmnye, ami azt is jelenti, hogy a fskok eltoldhatnak, de nem fordulnak el.

4.1.3. A kplkeny viselkeds s a Coulomb-trvny

Kzismert, hogy az anyagok terhei, ill. a bennk keletkez feszltsgek csak egy bizo-nyos hatrig nhetnek. Pldul a rugalmas viselkeds utn elkvetkezik egy olyan lla-pot, amelyben mr marad alakvltozsok is keletkeznek, azaz ha a terhelst e hatr el-rse utn szntetjk meg, akkor a terhelt test mr nem nyeri vissza az eredeti alakjt. Msknt: az anyag megfolyik, kplkeny llapotba kerl. Tkletesen kplkeny llapot-rl akkor beszlnk, ha a hatr elrse utn mr csak kplkeny alakvltozsok keletkez-nek. Egyes anyagok - pl. a beton - a rugalmas llapot vgn nem kplkeny llapotba ke-rlnek, hanem trsi llapotba jutnak, azaz megsznik bennk az anyagi folytonossg.

A mrnki gyakorlatban a leggyakrabban az idelisan rugalmas - tkletesen kplkeny anyag-modellt (4.4. bra) hasznljuk, br ez taln csak az aclra igaz. sszetettebb anyagmodellek alkalmazshoz viszont rendkvl bonyolult matematikai appartusra van szksg, aminek kezelse korbban, a hagyomnyos mdszerekkel lehetetlen volt. jab-ban a szmtgp mr lehetv teszi a klnbz nem-lineris modellek "bevetst" is, de mg mindig fennll az a nehzsg, hogy miknt hatrozzuk meg e modellek nagyobb szm anyagjellemzit. Ezrt mg inkbb a 4.4. bra szerinti idealizlt modell hasznlata jellemz, de e tekintetben a jvben vltozsok vrhatk.

42

13

c

B

AK

c

2

=tg +

c.

4.5. bra. A Mohr-Coulomb trsi felttel.

A kplkeny llapot fizikai egyenletei is le-rhatk, m mr nincs egyrtelm kapcsolat a feszltsgek s az alakvltozsok kztt. Belp az idtnyez, a terhelsvltozsok idbeli alakulsa, a feszltsgtrtnet, mivel a kplkeny alakvltozsok megmaradnak a tehermenteslsek utn is, a rugalmasak azonban nem. Ilyen szmts