Vizsgálatainkat a Miskolci Egyetem, Geotechnikai Talajvizsgáló Laboratóriumában végeztük.
A nyersanyagokat és azok keverékeit a geotechnikában általános jellemzésre alkalmazott nyíróvizsgálattal, szemeloszlási görbével, ödométeres vizsgálattal és szivárgási tényező vizsgálattal vizsgáltuk.
3.1 Talajok szemeloszlása
A talaj szemcsék jellemzésére leggyakrabban a méretüket alkalmazzuk. A szemcseméretet a névleges átmérővel adjuk meg. Ez annak a rostának vagy szitának a lyukbőségével azonosítjuk, amelyen a szemcsék még átesik. A kisebb szemcsék névleges átmérőjének, annak a gömbnek az átmérőjét tekintjük, amellyel a szemcse egy folyadékban azonos sebességgel ülepedik [4].
A talajt sokféle méretű szemcse, sőt általában frakció alkotja, ezért a szemcsemérete a szemcsék valószínűségét mutató szemeloszlással jellemezhető. A szemeloszlás meghatározására két módszer lehetséges úgy, mint a szitálás és a hidrometrálás (1. ábra).
1. ábra. Szemeloszlási vizsgálatok [5]
3.2 Talajok nyírószilárdságának meghatározása
A nyírószilárdság eredete szerint a talajok két fő csoportba oszthatók: kohéziós és kohézió nélküli talajokra. Kohéziós talajok szemcséi között belső összetartó erők is működnek, kohézió nélküli talajok nyírási ellenállása pedig csak a szemcsék egymáson való súrlódásából és egymásba kapaszkodásából áll [4].
A nyírószilárdság meghatározása úgy történik, hogy valamilyen berendezéssel létrehozzuk a törést okozó feszültségállapotot és ennek ismeretében meghatározzuk a Coulomb-féle egyenest. Dolgozatunkhoz az anyagok nyírószilárdságait, azok szemcsés jellege miatt közvetlen nyírókísérlettel határoztuk meg.
A direkt nyírást egy nyíródoboz nevű készülékkel végezzük (2. ábra). A készülék két egymáson elmozduló keretét talajjal töltjük fel, amelyet nyomólap segítségével függőlegesen
175
terhelünk. Ezután fokozatosan növeljük a vízszintes terhelést és mérjük a függőleges és vízszintes elmozdulás nagyságát. A kísérletet többször megismételjük különböző függőleges terheléssel.
2. ábra. Közvetlen nyíróberendezés elvi ábrája [5]
3.3 Ödométeres vizsgálatok
Az önsúly és a külső terhelések hatására fellépő feszültségek alakváltozást hoznak létre a talajban. A talaj egy diszperz rendszer, amely szilárd szemcsékből, vízből és levegőből áll. A szilárd szemcsék általában kemény kőzetek ásványi törmelékei, amelyeket összenyomhatatlannak tekintünk. A szemcsés diszperz közeg összenyomódását a hézagokban lévő víz, illetve a levegő kiszorítása okozza. A terhelés hatására keletkező összenyomódás nagysága és a konszolidáció ideje a talaj minőségétől, nedvességtartalmától és a hézagok mennyiségétől függ [6].
A vizsgálat során fokozatosan növeljük a terhelést (50-100-200-400-800 kPa). Minden terhelési lépcsőnél hosszabb időt kell várni, amíg a semleges feszültségek átalakulnak hatékony feszültségé. Egy terhelést a minta konszolidációjáig tartunk fenn. Kísérlet közben mérjük a minta függőleges alakváltozását (∆H) és az alakváltozások időbeli kialakulását és meghatározzuk az εz fajlagos alakváltozást, mint talajparamétert.
= ∆
A vizsgálati eredményeket feldolgozva kapjuk a kompressziós görbét (6. ábra).
3. ábra. Kompressziós cella [7]
176 4. MÉRÉSI EREDMÉNYEK
Dolgozatunk tárgyát kvarchomok és pernyeminta (TU-1 pernye) képezte. Ezeket különböző arányokban kevertük össze, így a vizsgálatok során öt féle mintát vizsgáltunk:
- 100% Kvarchomok - 100% TU-1 Pernye
- 90% Kvarchomok-10% TU-1 Pernye - 50% Kvarchomok-50% TU-1 Pernye - 10% Kvarchomok-90% TU-1 Pernye.
A kísérletek során nem csak a keverékek tulajdonságait határoztunk meg, hanem a felhasznált nyers anyagokét külön-külön is, mivel azokról korábbi mérési eredményeink nem álltak rendelkezésre. Dolgozatunk mérési szakaszában azt vizsgáltuk, hogy hogyan tolódnak el az egyes kiinduló anyagok (pernye, kvarchomok) alap geotechnikai jellemzői az adalékanyag hozzáadását követően. Ezekre a fentebbi fejezetekben bemutatott mérési módszereket és eszközöket használtuk.
4.1 Szemcseméret eloszlások
A szemeloszlási görbéket kétféleképpen határoztuk meg, míg a kvarchomok és a TÚ-1 pernye esetében szitálással, hidrometrálással, addig a keverékek esetében számítással. A szemeloszlás vizsgálat eredményeit a 4. ábrán foglaltuk össze.
4. ábra. Szemeloszlási görbék
Az eredmények alapján látszik, hogy ezen anyagok a homok és iszap frakcióba sorolhatóak, várható viselkedésük ezek alapján jósolható.
4.2 Szivárgási tényező
A szivárgási tényezőt flexibilis falú, állandó nyomású permeabiméterrel végeztük, amely előtt a mintát 200 kPa-os nyomással tömörítettük.
177 1. Táblázat Szivárgási tényező mérésének eredményei
A minta összetétele: Szivárgási tényező (m/s)
100% Kvarchomok 9,3 * 10-7
90% Kvarchomok – 10% TÚ-1 Pernye 7,0 * 10-7 50% Kvarchomok – 50% TÚ-1 Pernye 6,7 * 10-8 10% Kvarchomok – 90% TÚ-1 Pernye 2,1 * 10-9
100% TÚ-1 Pernye 7,3 * 10-10
A mérési eredményeink jól mutatják, hogy egy a kvarcból álló talajok szivárgási tényezője több mint 2 nagyságrenddel eltolható pernye hozzáadásával, míg a pernyék vízáteresztése javítható kvarchomok hozzákeverésével.
4.3 Ödométeres vizsgálatok
Az ödométeres méréseink eredményeit az egyes anyagok kompressziós görbéivel szemléltethetjük. A kompressziós görbék a terhelés függvényében bekövetkező fajlagos alakváltozásokat mutatják be. Vizsgálatainkat teljesen száraz és teljesen szaturált mintákon is elvégeztük.
Száraz esetben elsősorban a szemcsék egymáson történő elmozdulása, átrendeződése a fő folyamat, míg teljesen szaturált esetben a valódi konszolidáció folyamata zajlik le, amikor is a pórustérben lévő víz kiáramlik a szemcsék közül. Ez a folyamat, szivárgási tényező függő. Kapott eredményeink alapján megállapítható, hogy a pernye hozzáadásának fokozásával az adott talaj tömöríthetősége nő, ami fokozható a rendszer víztartalmának növelésével.
Eredményeinket az 5. és 6. ábrán összesítettük.
5. ábra. Száraz minták fajlagos összenyomódása
0 0,01 0,02 0,03 0,04
0 100 200 300 400 500 600
Fajlagos összenyomódás (-)
Terhelés (kPa)
100% Kvarchomok 90% Kvarchomo-10% TÚ-1 Pernye
50% Kvarchomok-50% TÚ-1 Pernye
10% Kvarchomok-90% TÚ-1 Pernye
100% TÚ-1 Pernye
178
6. ábra. Szaturált minták fajlagos összenyomódása
4.4 Nyírószilárdsági paraméterek
A nyíróvizsgálatainkat is az ödométeres mérésekhez hasonlóan száraz illetve telített mintánkkal végeztük.
Pernye fokozott adagolásával a száraz minták belső súrlódási szög értékét tudtuk csökkenteni, míg a kohéziós jellemző csak kis mértékben változott. A nyírószilárdsági paraméterek csökkenése a minta teherviselő képességének csökkenését is jelentik. A száraz mintákon végzett kísérleteink eredményeit a 7 ábra és a 2. táblázat foglalja össze.
7. ábra: Coulomb – féle tönkremeneteli egyenesek száraz minták esetében
2. Táblázat Száraz minták nyírószilárdsági paraméterei
A minta neve: Belső súrlódási szög (o) Kohézió (kPa)
179
A nedves minták esetében sem a Coulomb – féle egyenesekben, sem a belső súrlódási szögekben nincs nagy eltérés. Kisebb változások tapasztalhatóak. Ezek eredményeit a 8. ábra és a 3. táblázat tartalmazzák.
8. Ábra: Coulomb – féle tönkremeneteli egyenesek nedves állapotban
3. Táblázat Telített minták nyírószilárdsági paraméterei
A minta neve: Belső súrlódási szög (o) Kohézió (kPa)
100% Kvarchomok 32,1 18,5
90% Kvarchomok – 10% TÚ-1 Pernye 30,3 18,3
50% Kvarchomok – 50% TÚ-1 Pernye 30,0 16,4
10% Kvarchomok – 90% TÚ-1 Pernye 29,2 14,0
100% TÚ-1 Pernye 29,6 10,6
4. FELHASZNÁLT IRODALOM
[1] ANGYAL ZS.: Erőművi salakhányók környezetre gyakorolt hatásainak és hasznosításuk lehetőségeinek vizsgálata egy salgótarjáni mintaterület példáján, Doktori (PhD) értekezés, ELTE TKK Környezettudományi Centrum, Budapest, 2009.
[2] OPOCZKY L.: A pernyék szilikátkémiai tulajdonságai, Környezetvédelem eljárástechnika, A Miskolci Egyetem Közleménye, A sorozat, Bányászat, 55. kötet, 2001.
[3] GÁSPÁR L.: A hőerőművek pernyéinek és zagytéri anyagainak útépítési hasznosítása, Mélyépítés tudományi Szemle, 5. pp. 18-23., 1977.
[4] FAUR K. B., SZABÓ I.: Geotechnika, Egyetemi Jegyzet, Miskolci Egyetem Földtudományi Kar, 2011.
[5] MECSI J.: Alapozás, főiskolai jegyzet, CD, 2009.
[6] TIRPÁK A.: A talajokban keletkező feszültségek, alakváltozások és a talajsüllyedés, NSZFI, Budapest, 27. o., 2009.
[7] KÁDÁR J.: Talajmechanikai- alapozás, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 50. o., 1998.
0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0
0 100 200 300 400
Nyírási ellenállás (kPa)
Normál terhelés (kPa)
100% Kvarchomok
90% Kvarchomok-10% TÚ-1 Pernye
180