Hidrológiai Közlöny, 2018 (98. évfolyam)
2018 / 4. szám - SZAKCIKKEK - Imre Emőke - Firgi Tibor: A víztartási görbe talajmechanikai alkalmazása
24 Hidrológiai Közlöny 2018. 98. évf. 4. sz. A víztartási görbe talajmechanikai alkalmazása Imre Emőke*, Firgi Tibor** * Óbudai Egyetem K.VK VEI ** Szent István Egyetem, Ybl Miklós Építéstudományi Kar, Építőmérnöki Intézet Kivonat A telítetlen talajmechanika anyagmodelljeinek egyik fontos fizikai egyenlete (függvénye) a víztartási görbe, mely a szívás és a víztartalom közötti kapcsolatot írja le. E függvény változik a minta teljes feszültsége és tömörsége függvényében. A cikk a víztartási görbe jellemzőit a zérus normálfeszültségen, száradással meghatározott, görbére szorítkozva mutatja be. Ismerteti a rugalmas-képlékeny értelmezést, a paraméteres függvényekkel történő matematikai leírást, valamint a közelítő meghatározást. Bemutatja a víztartási görbe talajmechanikai felhasználását, talajtani jelölésrendszerét és egy külön példán ismerteti a kontúrszivárgás modellezést. Kulcsszavak Telítetlen talaj, víztartási görbe: elmélete, jellemzése, matematikai leírása, meghatározása számítással. Applications of water retention curve in soil mechanics Abstract An important physical equation of unsaturated soil mechanics (dependent) is the water retention curve, which describes the relationship between suction and water content. This function varies depending on the overall tension and compactness of the sample. The article describes the characteristics of the water retention curve determined by drying at zero normal tension. It presents the flexible-plastic interpretation, the mathematical description with parameter functions, and an approximate definition. It also presents the soil mechanics utilization of the water retention curve as well as describes soil marking system in a separate example for the modelling of the contour leakage. Keywords Unsaturated soil, water retention curve: theory, characterization, mathematical descriptions, determination by calculation. BEVEZETÉS A mélyépítési szerkezetek jelentős része a telítetlen talajzónában épül, ill. e talajzónával van kapcsolatban, ezért szükséges lehet e feladatok megoldásához a telítetlen talaj- mechanika alkalmazása is (Fredlund és Rahardjo 1993j Imre és társai 1999 és 2012, Imre 2008 és 2009a és b). E cikk a víztartási görbe fenomenológikus bemutatásán kívül a víztartási görbe matematikai leírásával, becslésével és felhasználásával foglalkozik. Alapja a telítetlen talajmechanikát bemutató egyetemi jegyzet (Imre E. 2008 és 2009), amely jelentős részben Fredlund előadásai alapján, illetve a Fredlund és Rahardjo (1993) könyv alapján készült. Egy későbbi közlemény mutatja majd be a víztartási görbe függvény mérését. ALAPFOGALMAK Célszerű a cikkel kapcsolatos legfontosabb alapfogalmak áttekintése, mivel ezek segítik a vizsgálati módszerek megértését és az eredmények felhasználhatóságának megítélését. Valamint, mivel több tudományterület határán mozgunk, hasznos lehet az azonos, ill. hasonló fogalmak, más-más szempontú definícióit is megismernünk. Telítetlen talaj A telítetlen talajok általában négy fázisból állnak: szilárd részből, vízből, levegőből és a víz-levegő határfelületen, a felületi feszültség miatt elkülönülő 3-4 molekula vastagságú átmeneti rétegből, a hártyából (A hártya legfontosabb tulajdonsága a felületi feszültség, és az, hogy kapilláris erőt ad át a szilárd szemcsékre. Fázis, mert tulajdonságai eltérnek a vele érintkező másik fázisokétól és határfelületei vannak). A talaj telítetlen, ha a talajvíztükör felett van, azaz a pórusvíznyomása (uw) kisebb, minta póruslevegő-nyo- mása (ua), azaz a pórusvíznyomás (uw) „negatív” a légnyomáshoz képest (A pórusvíznyomás (uw) abszolút értelemben is lehet negatív. Érdekes, hogy jóllehet ez metastabil állapot, talajok esetén tartósan előfordulhat, hiszen a 10 méternél magasabb fák is fel tudják szívni a vizet). A pó- ruslevegő-nyomás és a pórusvíznyomás különbsége (ua- uw) tehát pozitív, melyet szívásnak nevezünk (s). A levegő akkor „lép” a talajba, és a levegő fázis akkor lehet folytonos, ha a szívás egy adott — pórusmérettől függő - határértéknél (levegő belépési szívás) nagyobb. Ennél kisebb szívás esetén a telítetlen talaj lehet akár 100%-os telítettségi fokú (Sr) is. A telítetlen talajok feszültségi állapotváltozói Terzaghi által bevezetett, a telített talajokra vonatkozó feszültségi állapotváltozó (a hatékony feszültség) lehetővé tette, hogy e talajok viselkedése egységes, kontinuumme- chanikai megközelítéssel tárgyalhatóvá váljon. Ugyanakkor a telítetlen talajokkal kapcsolatos mérnöki feladatokat, hosszú ideig- megfelelő feszültségi állapotváltozók hiányában - egyedi esetként, általában (félig) tapasztalati úton lehetett megoldani. A telítetlen talajok feszültségi állapotváltozóit, több kísérlet után, 1977-ben Fredlund és Morgenstern állapították meg (Fredlund és Rahardjo 1993). Céljuk az volt, hogy egy olyan egységes tárgyalásmódot vezessenek be a telítetlen talajokra is, mely szélső esetben a telített talajok kontinuummechanikai tárgyalásmódjára egyszerűsödik.
