Hidrológiai Közlöny 2009 (89. évfolyam)

1. szám - Nagy László: Hogyan mérjük a Darcy-féle együtthatót?

45 Hogyan mérjük a Darcy-féle együtthatót? Nagy László BME Ceotechnikai Tanszék, 1111. Budapest, Műegyetem rp. 3. Kivonat: A kérdésben, hogy „Hogyan mérjük a Darsy-féle együtthatót", benne van, hogy méréseket végzünk, s nem táblázatból, vagy becslésekből határozzuk meg. A talajok áteresztőképességi együtthatója elég sok, különböző jellegű tényezőtől függhet, ezért nem várható, hogy néhány egyszerű mennyiségére alapítva általános érvényű összefüggésekkel (képletekkel, grafikonokkal) megadható legyen "k" számértéke. Ezért a különböző „világ-táblázatok" használata sem javasolható. Kuécsszavak: Darcy-féle együttható, geotechnika, árvízvédelem. Bevezetés A Darcy-féle-, a továbbiakban: áteresztőképességi együttható fontos geotechnikai alapadat, az adott talajra meghatározott értéke felhasználható a földkiemelések és fbldgátak tervezéséhez a vízhozamok becslésére, a talajvízszint-szabályozás (-süllyesztés) megvalósíthatóságának megítélésére, a szádfalak tervezésére, a szivárgási nyomások becslésére, stb. Az áteresztőképességi együttható értéke a talaj összes jellemzője (azonosítási-, állapot- és talajfizikai-jellemzők) közül a legszélesebb határok között változik, a legpontatlanabbul meghatározható. Értéke több mint tíz nagyságrendnyi változást mutathat különböző talajoknál, de egy adott talaj esetén is nagyságrendnyi változásokat lehet tapasztalni a talaj mindenkori állapotának függvényében (hézagtényező, víztartalom, sűrűség stb.). Ezért ajánlja az „EUROCODE 7: Geotechnikai tervezés" című szabvány, hogy még a homogén talajrétegek esetében is indokolt az áteresztőképességi együtthatót a felső és alsó határértékeivel megadni. A tervező a k tényező számértékét a gyakorlatban sok esetben táblázatokból veszi fel, ez az érték azonban a valóságban - különösen kötött talajoknál - akár több nagyságrenddel is eltérhet a megálmodott értéktől. Ebből gyakran adódnak hibás számitások, ami miatt a tervezés irreálissá válhat. Külföldi vizsgálatok A külföldi vizsgálatok nagy területet ölelnek fel, egyrészt az új mérési módszerek bevezetését, másrészt összehasonlító vizsgálatok végzését, harmadrészt korábbi és új elméletek igazolását. Az összehasonlító vizsgálatoknál rendszerint a közvetett vizsgálatok eredményét hasonlítják össze a helyszíni méréseknél, de ritkán találhatunk laboratóriumi mérések végzését is. Az elemzéseknél szét kell választani a különböző talajok vizsgálatát, eltérő módszerek ajánlatosak agyagokra, átmeneti és finomszemcsés talajokra, valamint szemcsés talajokra. A következőkben csak röviden kerül ismertetésre néhány vizsgálat, felsorolás jelleggel, azért, hogy támpontot adjunk ilyen irányú érdeklődéshez. A számítással kapott eredmények helyességének ellenőrzése történhet különböző helyszíni és laboratóriumi mérésekkel. Mokwa és tsi (2007) hat helyszínen hasonlított össze hat számítási módszert (Hazen 1911, Terzaghi 1925, Moulton 1980, Shahabi és tsai 1984, Chapuis 2004 két képlete). A vizsgálatok eredményei szerint - a számítással meghatározott áteresztőképességi együtthatók átlagosan másfél-két nagyságrenden belül voltak, - a kísérleti mérések mindig a számítási módszerek tartományába estek, - a legmagasabb áteresztőképességi együtthatót minden talajnál Shahabi és tsai (1984) képlet adta, - a legalacsonyabb áteresztőképességi együtthatót minden talajnál Terzaghi (1925) alapján lehetett számolni. Ugyancsak a számítással és a helyszínen meghatározott áteresztőképességi együttható közötti kapcsolatot vizsgálta Farag (2006) három különböző területen. Mérései szerint a Sheperd (1989) képlettel meghatározott k tényező mindig alacsonyabb, a Hazen (1895) és Alyamani, Sen (1993) által javasolt képlet használatával magasabb áteresztőképességi együtthatót mért meg homok talajban. A szivattyúzási kísérlettel meghatározott áteresztő képesség két területen is a legmagasabb értéket adta, azaz magasabbat, mint a számítási eljárás. Az áteresztőképesség helyszíni mérésénél piezométerszondák problémáira mutatott rá Leroueil és tsai (1986). A szonda lesajtolása megzavarhatja a talajt és meghamisíthatja a mérési eredményeket, amennyiben - a beépítés során megváltozik a természetes talaj esetleges rétegzettsége, sőt többé-kevésbé el is mosódhat, - a szonda környezetében a talaj átgyúródik, - a legtöbb piezométer típus porózus eleme hajlamos az eltömődésre. Ezen beépítési nehézségek azt eredményezhetik, hogy a mért áteresztőképességi együttható a valóságosnál kisebb. A fenti problémák megoldására önlefüró piezométereket terveztek, és a mérési eredményeket más szondák eredményeivel hasonlították össze. Tavenas és tsai (1986) a vizsgálatokat lesajtolt piezométerrel és eltömődés-mentes, kúpos csúccsal felszerelt önlefüró permeaméterrel végezték. Ez utóbbi a természetes állapotot megzavarta ugyan, de eltömődés nem következett be. Az eltömődés és átgyúrás hatására a mért áteresztőképesség a ténylegesnél kisebb volt, a csökkentő tényező 2 és 17 között változott. A vizsgálati eredmények szerint homogén és rétegzett talajban: - Az állandó és változó nyomómagassággal végzett vizsgálatok azonos áteresztőképesség értékeket szolgáltattak. - A lesajtolt piezométerrel kapott áteresztőképességi együttható kisebb az önlefüró piezométerrel mért értéknél, továbbá az eltömődés és átgyúrás hatása sokkal kifejezettebb a rétegzett üledék esetén. - A homogén agyagtalajban kapott eredmények szerint a helyszínen és a laboratóriumban mért értékek jó megegyezést mutattak. Ebből levonhatónak látszott az a következtetés, hogy a laboratóriumban mért áteresztőképességi együttható jól jellemzi homogén agyagtalajok tényleges áteresztőképességét. - Rétegzett agyagok esetén a laboratóriumi áteresztőképesség kisebb a tényleges értéknél. Mansur, Kaufman (1955) a közép és alsó Mississippi melletti olyan homok talajokra helyszíni és laboratóriumi vizsgálatokat hasonlítottak össze olyan talajoknál, ahol az egyenlőtlenségi mutató U=2-3 között változott. Kilenc kü-