Summary of A talajmechanika alapjai

## Bevezetés A talajok fizikai tulajdonságai leírják, hogyan viselkedik a talaj a térfogati viszonyok, a víztartalom és a részecskék elrendeződése szempontjából. Ezek a tulajdonságok határozzák meg például a töltés térfogatsűrűségét, a tömörítéshez szükséges vízpótlás mértékét vagy a terhelés alatti viselkedést. Az anyag önálló tanulásra készült, és elmagyarázza az alapvető mennyiségeket, a számításukat és gyakorlati alkalmazásukat. ## Alapfázisok és fázisdiagram A talaj három fázisból áll: **szilárd szemcsék (váz)**, **víz** és **levegő**. A fázisdiagram az egyes összetevők térfogatát mutatja be: $V_s$ (a szilárd szemcsék térfogata), $V_w$ (a víz térfogata), $V_a$ (a levegő térfogata), az össztérfogat $V$ és a pórustérfogat $V_p$. > Definíció: A fázisdiagram egy olyan séma, amely a talaj teljes térfogatát felosztja a szilárd fázis, a víz és a levegő térfogatára. ### Térfogati összefüggések - $V = V_s + V_p = V_s + V_w + V_a$. - Pórusosság: $n = \dfrac{V_p}{V}$. - Pórusarány: $e = \dfrac{V_p}{V_s}$. ## Szilárd részecskék sűrűsége és piknométeres mérés A szilárd részecskék sűrűsége ($\rho_s$) állandó egy adott anyagra, és jellemzően ásványi talajok esetén a $\rho_s \approx 2600$ és $2700\ \mathrm{kg/m^3}$ közötti érték jellemző. > Definíció: A szilárd részecskék sűrűsége $\rho_s$ a szilárd fázis tömege osztva annak saját térfogatával: $\rho_s = \dfrac{m_s}{V_s}$. Gyakorlati piknométeres mérés (egyszerűsített eljárás): 1. A piknométer előkészítése (üresen). Tömege $m_0$. 2. Piknométer száraz talajjal: tömege $m_s$. 3. Piknométer vízzel: tömege $m_w$. 4. Piknométer talajjal és vízzel feltöltve: tömege $m_{sw}$. Jellemző számítás a szilárd részecskék térfogatára ($V_s$): $$V_s = \dfrac{m_w - \Delta m_w}{\rho_w}$$ ahol $\rho_w$ a víz sűrűsége és $\Delta m_w$ a tömegkülönbség a feltöltés során (lásd a laboratóriumi eljárásokat). ## Talajállapot – víztartalom > Definíció: A tömegarányos víztartalom $w$ a víz tömegének és a száraz talaj tömegének aránya, százalékban kifejezve: $w = \dfrac{m_w}{m_s}\cdot 100\%$. - Szárítás a víztartalom meghatározásához: szárítás $105\text{–}110\ ^\circ\mathrm{C}$-on a ČSN EN ISO 17892-1 szabvány szerint. - A gyakorlatban: megmérjük a nedves minta tömegét, megszárítjuk, és meghatározzuk az $m_s$ értéket. ## Talajállapot – porozitás és pórusviszonyszám - A porozitás $n$ megadja, hogy a teljes térfogat hányad része pórusokból áll: $n = \dfrac{V_p}{V}$ (%-ban). - A pórusviszonyszám $e$ a pórusok térfogatának és a szilárd részecskék térfogatának aránya: $e = \dfrac{V_p}{V_s}$. Összefüggések tömörítéskor: a talaj tömörítésekor $n$ és $e$ is csökken. ## Talajállapot – telítettségi fok > Definíció: Az $S_r$ telítettségi fok a víztérfogat és a pórustérfogat aránya: $S_r = \dfrac{V_w}{V_p}$, százalékban vagy dimenzió nélküli számként (0 és 1 között) fejezhető ki. - $S_r = 0$ esetén a talaj száraz. - $S_r = 1$ esetén a talaj teljesen telített. Az összefüggés $e$, $w$, $S_r$ és $\rho_s$ között: $$e = \dfrac{w\,\rho_s\,S_r}{\rho_w}$$ $S_r = 1$ esetén: $$e = \dfrac{w\,\rho_s}{\rho_w} = w\,G_s$$ ahol $G_s$ a szemcsék granulometriai relatív sűrűsége (specifikus gravitáció) $G_s = \dfrac{\rho_s}{\rho_w}$. ## Talajállapot – térfogatsűrűség és térfogatsúly > Definíció: A térfogatsűrűség ($\rho$) a következőképpen adható meg: $\rho = \dfrac{m}{V}$, mértékegysége $\mathrm{kg/m^3}$. A térfogatsúly ($\gamma$) az egységnyi térfogatra eső súly: $\gamma = \rho\,g$, mértékegysége $\mathrm{kN/m^3}$. - Száraz térfogatsűrűség: $\rho_d = \dfrac{m_d}{V}$ $S_r = 0$ esetén. - Természetes térfogatsűrűség: $\rho_{n} = \dfrac{m_d + m_w}{V}$ adott $S_r$ mellett. - Telített térfogatsűrűség: $\rho_{sat} = \dfrac{m_d + m_w}{V}$ $S_r = 1$ esetén. A jellemző sűrűségek relatív nagyságrendje: $$\rho' \approx 1000 < \rho_d \le \rho_n \le \rho_{sat} \approx 2000$$ ahol $\rho'$ a víz felhajtóerejét is figyelembe vevő effektív térfogatsűrűség. Praktikus helyszíni meghatározási módszerek: - Homokfeltöltéses módszer - Membrános térfo