Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Környezetgazdálkodási Intézet Hidrogeológiai – Mérnökgeológiai Tanszék
TDK dolgozat Laza talajok és földművek penetrométeres és könnyű ejtősúlyos dinamikus terhelőtárcsás vizsgálata
Benedek Balázs Geokörnyezeti Szakirány BSc Ginovszky Máté Geokörnyezeti Szakirány BSc Konzulens: Dr. Kovács Balázs egyetemi docens Miskolc, 2011.október
Eredetiség Nyilatkozat ”Alulírott Benedek Balázs, a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karának hallgatója büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában kijelentem és aláírásommal igazolom, hogy ezt a dolgozatot saját magam készítettem, a benne leírt vizsgálatokat – ha ezt külön nem jelzem – magam végeztem el, és az ismertetett eredményeket magam értem el. Adatokat, információkat csak az irodalomjegyzékben felsorolt forrásokból használtam fel. Minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem.” Miskolc, 2011. október 03. …………….……………………………… hallgató aláírása
Eredetiség Nyilatkozat ”Alulírott Ginovszky Máté, a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karának hallgatója büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában kijelentem és aláírásommal igazolom, hogy ezt a dolgozatot saját magam készítettem, a benne leírt vizsgálatokat – ha ezt külön nem jelzem – magam végeztem el, és az ismertetett eredményeket magam értem el. Adatokat, információkat csak az irodalomjegyzékben felsorolt forrásokból használtam fel. Minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem.” Miskolc, 2011. október 03. …………….……………………………… hallgató aláírása
Konzulens nyilatkozata „Alulírott Dr. Kovács Balázs, a Miskolci Egyetem Környezetgazdálkodási Intézet [intézetigazgató egyetemi docens] a TDK dolgozatot beadásra alkalmasnak ítélem.” Egyéb megjegyzések, ajánlás:
Miskolc, 2011. október 03. …………….……………………………… konzulens aláírása
TARTALOMJEGYZÉK I. RÖVIDÍTÉSEK, VÁLTOZÓK JEGYZÉKE ........................................................................ 1 BEVEZETÉS ......................................................................................................................... 2 1
A TALAJELLENÁLLÁS ÉS NEDVESSÉGTARTALOM MÉRÉSI MÓDSZERE ÉS ELJÁRÁSA .................................................................................................................... 3 1.1
2
3
A műszer felépítése, mérés menete ......................................................................... 5
KÖNNYŰ EJTŐSÚLYOS DINAMIKUS TERHELŐTÁRCSÁS BERENDEZÉS ..... 7 2.1
A dinamikus ejtősúlyos teherbírásmérés elméleti megközelítése ........................... 8
2.2
A teherátadás ........................................................................................................... 9
2.3
A tárcsa süllyedésének mérése................................................................................ 9
2.4
A ZFG 3000-es berendezés..................................................................................... 9
2.5
A mérés menetének rövid ismertetése .................................................................. 10
A MÉRÉSI HELYSZÍN BEMUTATÁSA ................................................................... 12 3.1
Megyaszó, Újvilág-puszta környéke ..................................................................... 12
3.1.1
4
Megyaszó, Újvilág-pusztáról vett talajminta osztályozása............................ 13
3.1.1.1
Szitálás ................................................................................................... 14
3.1.1.2
Hidrometrálás ......................................................................................... 15
3.1.1.3
A szemeloszlási vizsgálat kiértékelése ................................................... 15
3.1.2
Domborzati viszonyok ................................................................................... 17
3.1.3
Földtani viszonyok ........................................................................................ 18
VIZSGÁLATOK EREDMÉNYEI ............................................................................... 19 4.1
A 2011.08.18-ai mérési sorozat ............................................................................ 19
4.1.1
A penetrométeres mérési eredmények kiértékelése....................................... 20
4.1.2
A dinamikus ejtősúlyos berendezés mérési eredmények kiértékelése .......... 25
4.2
A 2011.08.30-ai és 2011.10. októberi mérési sorozatok....................................... 29
4.2.1
A penetrométeres mérési eredmények kiértékelése....................................... 29
4.2.2
A dinamikus ejtősúlyos berendezés mérési eredményeinek kiértékelése ..... 38
4.3
Mérési eredmények összehasonlítása ................................................................... 40
TARTALOMJEGYZÉK II.
5.
KÖVETKEZTETÉSEK ............................................................................................... 43
ÁBRAJEGYZÉK ................................................................................................................ 44 TÁBLÁZATJEGYZÉK ...................................................................................................... 46 IRODALOMJEGYZÉK ...................................................................................................... 47
RÖVIDÍTÉSEK, VÁLTOZÓK JEGYZÉKE c
Tárcsaszorzó (-)
Evd
Német típusú berendezések által mért dinamikus teherbírási modulus (MN/m2)
F
Terhelőerő a talajminta laboratóriumi vizsgálatai során (N)
g
Nehézségi gyorsulás (m/s2)
h
Magasság (m)
K
Rugóállandó (N/m)
m
Leeső tömeg (kg)
ν
Poisson-tényező (-)
p
Tárcsa alatti feszültség (MN/m2)
pdin
Dinamikus teherbírásmérésnél a tárcsa alatti dinamikus terhelés nagysága (MN/m2)
r
Vizsgált talajminta sugara (m)
R
Terhelőtárcsa sugara (m)
s
Német típusú berendezések által mért tárcsaközép-elmozdulás (mm)
t
Idő (s vagy óra)
v
Német típusú berendezések által mért tárcsaelmozdulás mértéke (mm/s)
w
Mért víztartalom (%)
x
Rugó elmozdulása (m)
z
Alakváltozás a talajminta laboratóriumi vizsgálatai során (mm)
1
BEVEZETÉS A földmű alapjául szolgál minden mérnöki építménynek, létesítménynek. Feladatát akkor teljesíti, ha a ráható erőket át tudja venni törés, ill. káros mozgások nélkül. A földműnek tehát teherbírónak és kis alakváltozást adónk kell lennie, hogy feladatát teljesíteni tudja. A földmű ezt a követelményt csak tömör állapotában képes teljesíteni. A tömörség szükséges, de nem elégséges feltétele a teherbírásnak. Az adott talajnak, vagyis a fölműnek jó állapotúnak kell lennie, hogy a kellő teherbírást biztosítani tudja. A talajok állapotát a talajok víztartalma határozza meg, különösen a kötött talajok esetében (Böröczky, 2005). A méréseinket 2011. év nyarán végeztük, a Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi Kar, Környezetgazdálkodási Intézet, Hidrogeológiai – Mérnökgeológiai Intézeti Tanszékén. A munkánk során alkalmunk volt több mérési sorozatot elvégezni, többféle műszerrel. A dolgozatunk célja a laza kis konszolidációs fokú talaj penetrométeres és könnyű ejtősúlyos dinamikus terhelőtárcsás vizsgálata, illetve az ehhez kapcsolódó talajmechanikai paraméterek meghatározása. A méréseket a 3T SYSTEM penetrométerrel Benedek Balázs, a könnyű ejtősúlyos dinamikus tárcsás terhelővizsgálatokat Ginovszky Máté végezte.
"A tanulmány/kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként – az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében – az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg"
2
1
A TALAJELLENÁLLÁS ÉS NEDVESSÉGTARTALOM MÉRÉSI MÓDSZERE ÉS ELJÁRÁSA A vizsgált területeken a nedvességtartalom és a talajmechanikai ellenállás mérésére
a Magyarországon leginkább alkalmazott 3T SYSTEM elektronikus talaj réteg indikátort, más néven penetrométert használtam.
1.1. ábra 3T SYSTEM elektronikus talaj réteg indikátor felépítése (Szerző saját szerkesztése)
A mérőműszer egyszerű és speciálisan kiképzett mechanikai és digitális alkotórészek felhasználásával került. Három típusban gyártották, melyek közt a különbség, hogy más-más mélységekben lehetséges velük méréseket végrehajtani. Egy 40 cm-es, egy 60 cm-es, valamint egy 95 cm-es talajszintig behatolni képes változata létezik. Esetemben a 60 cm-es behatolási mélységet elérő változatot használtam. A berendezésen a mérés elején mérési mélység beállítható. Az adott mélységtartományban
méri
az
1
cm-es
talajrétegek
mechanikai
ellenállását
(tömörödöttségét) kPa (kilo Pascal)-ban, valamint a nedvességtartalmát a szántóföldi vízkapacitás (pF=2,5) százalékosan kifejezett részarányát térfogatszázalékban. A talajtömörödöttség jellemzésére használt érték a talajellenállás mellett a szántóföldi vízkapacitás (jele: pF). 3
A pF érték megadja a talajban lévő folyadék fázisban lévő víz elszívásához szükséges szívóerő-potenciál 10-es alapú logaritmusát vízoszlop cm-ben (SZŐLLŐSI, 2003). Tehát pF=2; 1000 vízoszlop cm-nek felel meg. Mivel logaritmus függvényében nem lehet értelmezni a 0 szívóerőt, pF=0; 1 vízoszlop cm-nek tekintjük. A mért adatok egy konstans memória modulban kerülnek mentésre, melynek kapacitása 2 kiloByte, ami lehetővé teszi a későbbi számítógépes kiértékelést, illetve az adatok hosszú távon történő elraktározását. Ennek az eszköznek a hátránya, hogy kis tárolókapacitása miatt kevés adat menthető rá. Egy modul 40 cm-es vizsgálati mélységű mérésnél 23, 60 cm-esnél 15, 95 cm-nél pedig 10 darab komplett vizsgálati adatsort képes biztonsággal tárolni. A műszer lehetővé teszi a helyszínen, minden a egyes mérés után mindkét rögzített adatsor lekérdezését. Ezen belül megjeleníti mind a nedvesség, mind a tömörödöttség adatok középértékét. Az
elektronikus
rétegindikátor
alkalmazásához
a
mérési
hely talajának
agyagtartalmát ismerni kell, melynek megfelelő kódot be kell állítani. Amennyiben a talaj agyagtartalmának meghatározása nem pontos, vagy az agyagtartalomhoz kapcsolódó kód nem megfelelően lett kiválasztva, úgy a valóságtól eltérő értékeket fogunk kapni. Másik lehetőségként az agyagtartalom ismerete nélkül lehetőség van a „7”-es talajkategória beállítására, mely lehetővé teszi a későbbi, számítógépen történő kiértékelésnél az agyagtartalom változtatására, melynek során a program átszámolja a kapott értékeket. 1.1. táblázat Penetrométeren beállítható talajkategóriák (3T-RM System Bt. Magyarország 3T SYSTEM elektronikus talaj réteg indikátor Használati útmutató)
Talajkategória 0 1 2 3 4 5 6 7
A talaj agyag (0,002 mm) – részarány tartománya (%) 0-5 5-12 12-17 17-25 25-45 45-65 65-100 Szerviz csatorna
A berendezéshez, a mérések elvégzése utáni kiértékelése céljából elkészített program a penetrációs ellenállás és a nedvességtartalom mellett megadja a talajművelés energiaigényét. Az energiaigény megadásának lehetőségét a Sinóros-Szabó-Botond, Kazó 4
Béla és Szőllősi Sándor által alakított kutatócsoport munkája teremtette meg. A különböző fizikai állapotú hazai talajokon, mérőműszeres vizsgálatokkal határozták meg a jellemző talajművelő
gépcsoportok
művelésenergia
igényét,
amit
az
„Energiaszám”-mal
jellemeztek. Az általunk felállított művelésenergetikai kategóriarendszer lehetővé teszi a talaj fizikai művelésenergetikai kölcsönhatásának számszerű minősítését, összehasonlító értékelését és szántóföldi ellenőrzését. (SINÓROS-SZABÓ és SZŐLLŐSI, 1999) 1.2. táblázat Energiakódok jelentése (3T-RM System Bt. Magyarország 3T SYSTEM elektronikus talaj réteg indikátor Használati útmutató)
Kód értéke Jelentése 0 Nem művelhető Rendkívül csekély energiaráfordítással 1 művelhető 2 Csekély energiaráfordítással művelhető Az általánosnál kisebb energiaráfordítással 3 művelhető 4 Átlagos energiaráfordítással művelhető Az átlagosnál nagyobb energiaráfordítással 5 művelhető. 6 Nagy enerigaráfordítással művelhető Rendkívül nagy energiaráfordítással 7 művelhető Nehezen, rendkívül nagy 8 energiaráfordítással művelhető Oktalanul sok energiaráfordítással 9 művelhető
1.1
A műszer felépítése, mérés menete A mérőelektronikával ellátott mérődoboz a rögzítősínnel az alapkerethez
csatlakoztatva helyezkedik el, amihez a benne elhelyezett erőmérő cellához a szondaszár felső része kapcsolódik. Benne található a nedvességmérésért felelős elektronikus egység is. Ugyancsak a mérőegység dobozában történik a mérés során észlelt jelek feldolgozása, kiértékelése, valamint a mért paraméterek LCD-kijelzőn való kijelzése, és az adatok eltárolása a memória modulba. A házon az LCD kijelző mellett foglalnak helyet a funkciókat szabályozó kezelőgombok. A mérés a mérődobozhoz csatlakozó 60o-os kúpszögű szondaszár kúpjának a talajban történő rétegenkénti 1 cm-es szakaszokban történő előrehaladásával folyik. A
5
kúpos rész mellett helyezkedik el a szigetelt oszcillátor rendszer, amely a talaj nedvességét érzékeli. A kétirányú léptető elem, valamint az azt működtető kar, szolgálnak a mérőszonda folyamatos sebességű talajba juttatására, valamint kiemelésére. A kétirányú léptető elem az alapkeret egyik szárának mindkét oldalán 1 cm-es előretolást biztosító fogasléchez csatlakozik. A fogakhoz kilincsszerű mechanikai áttétel illeszkedik, amely biztosítja a szonda függőleges helyzetű, folyamatos talajba nyomását, illetve kiemelését a kilincsmű átváltása után. A mérés során a talaj felszínére merőleges szonda behatolásával adódó talaj ellenállásával szembeni ellentartást a talplemez, illetve a mérést végző személy(ek) súlya biztosítja. A mérőberendezés a mérést 1 másodperc nagyságú elektronikus mintavételi időtartammal végzi. A mérőszonda mintavételi ideje állandó. A mérés során a mérőkúp elmozdulása elhanyagolhatóan kicsi (0,005-0,02 mm), mozgási sebessége pedig nagyrészt állandó (0,005-0,02 m/s). (SZÖLLÖSI I. 2002) A mérés során alkalmazott behatolási mélységen belül a vizsgált 1 cm-es talajrétegekben a mérés, minden 0,5 cm-ben történik meg. A műszer pontatlansága 2,5 %.
6
2
KÖNNYŰ EJTŐSÚLYOS DINAMIKUS TERHELŐTÁRCSÁS BERENDEZÉS Az ejtősúlyos műszerek segítségével gyorsan és egyszerűen mérhető a földmű és
szemcsés alaprétegek dinamikus teherbírási modulusa. A földművek és kötőanyag nélküli alaprétegek esetében a könnyű ejtősúlyos teherbírásmérő berendezések adnak értékelhető eredményeket. Hiszen ezeken a rétegeken inkább a könnyebb, hordozható eszközök használata célszerű (Böröczky, 2005). A műszer hosszú fejlődéstörténete során azt mondhatjuk, hogy mind technikailag, mind kivitelezés tekintetében számos változáson esett át. Jelen szakaszábon számos könnyű ejtősúlyos teherbírásmérő áll a minőségellenőrzéssel foglalkozó kivitelező és beruházó szakemberek rendelkezésére. Gyakorlatilag ezek a nehéz ejtősúlyos (FWD) berendezések könnyített változatai, ezért felépítésük, és kialakításuk nagyon hasonló egymáshoz. Mindegyikük egy vezetőrúd mentén leejtett tömeg által keltett erőt –egy csillapító elemen keresztül- viszi át a terhelőtárcsára, majd végső soron a talajra (2.1. ábra).
2.1. ábra: Könnyű ejtősúlyos dinamikus terhelőtárcsás beredezés működési vázlata (Dietmar.)
Mindössze öt paraméterben találhatunk különbséget:
a tárcsa átmérőjében
az ejtősúly tömegében
az ejtési magasságában
a csillapítóelemben, vagyis a teherátadás módjában a tárcsa elmozdulásának mérésében (gefón vagy gyorsulásmérő) (Tompai, 2008).
7
2.1
A dinamikus ejtősúlyos teherbírásmérés elméleti megközelítése A dinamikus mérések lényege, hogy a mérés során az m tömegű súly ejtése során a
helyzeti energia közvetítőelemeken keresztül alakul át dinamikus, rövid ideig tartó terheléssé. A helyzeti energia dinamikus erővé átalakulása a külső és belső erők egyensúlyából kiindulva (II.1) (Newton második törvénye alapján) számítható (Boromisza, 1993) (II.1)
Az ejtés elején, amikor t=0 és x=0 (II.2), (II.2)
A teherátadás időtartama (II.3), (II.3)
Az amplitudó (II.4), (II.4)
A (II.2) differenciálegyenlet a behelyettesítések után megoldva (II.5). (II.5)
A legnagyobb erőt a maximális kitéréskor kapjuk (II.6). (II.6)
A tárcsa alatti feszültséget (p) a tárcsa alapfelületével
elosztva kapjuk meg
(II.7). (II.7)
A dinamikus erő ismeretében – a Boussinesq által felállított összefüggést alkalmazva – a dinamikus rugalmassági modulus tehát számítható (II.8). (Tompai, 2009). (II.8)
8
2.2
A teherátadás Az elméleti modell szerint az ejtésből származó Fmax terhelést egy Kelvin-Voight-
féle, K tényezőjű rugóból és egy c tényezőjű csillapítóelemből álló rendszer közvetíti a tárcsára majd azon keresztül a talajra (2.2. ábra). Ennek a csillapításnak a beállítása szükséges ahhoz, hogy a talajra 18-20 ms időtartamban hasson a terhelés. Korábbi vizsgálatok során ez az a időtartam amely alatt egy 60 km/h-val haladó nehézgépjármű kereke elhalad és terhelést ébreszt a földműben és a pályaszerkezetben (Tompai, 2008).
2.2. ábra A teherátadás elméleti modellje (Tompai, 2008)
2.3
A tárcsa süllyedésének mérése A dinamikus mérések során, már említett rövid terhelési időtartam (0,018-0,020 s)
miatt, az elmozdulást gyorsulásmérő, vagy sebességmérő (geofón) segítségével mérik.
A gyorsulásmérő a dinamikus ejtősúly által keltett gyorsulást méri az idő függvényében. A berendezés szoftvere a gyorsulás-idő összefüggést idő szerint kétszer integrálva határozza meg az elmozdulás értékét.
A gefonok általában a talajjal közvetlenül érintkezve a sebesség-idő összefüggést mérik. Ezután az összefüggés idő szerint első integráljának kiszámításával kapható meg az elmozdulás számszerű értéke (Tompai, 2009).
2.4
A ZFG 3000-es berendezés A méréseimet a német ZFG 3000-es típusú könnyű ejtősúlyos dinamikus
terhelőtárcsás berendezéssel végeztem (2.3. ábra). 9
2.3. ábra Zorn ZFG 3000-es típusú berendezés (Saját fénykép)
A műszert a földművek építésénél és útépítési munkák építési műszaki felügyeletnél használják. A talajok, kötőanyag nélküli teherhordó rétegek, töltőanyagok, javított talajok (teherbíró képesség növelések) recycling anyagok és földutak burkolatának Evd (MN/m2) dinamikus alakváltozási tényezőjének, teherbíró képességének, és tömöríthetőségének gyors meghatározására szolgál. A berendezés 10 kg-os ejtősúlyt 705 mm-es ejtési magasságból leejtve adja át a 300 mm átmérőjű tárcsára a terhelést. A tárcsa alatti feszültség értékét állandó értékre, 7,07 kNra (100 kN/m2) állítják be, melyet a fix ejtési magasság, az ejtősúly tömege és a rugóállandó alapján a gyártói kalibráció során határoznak meg. Ez az a terhelés, mely egy pályaszerkezet alatt jellemzően a földműre átadódik. A teherátadási idő 18±2 ms. A tárcsaközép függőleges elmozdulását a tárcsába épített gyorsulásmérő segítségével kapják meg (Tompai, 2009).
2.5
A mérés menetének rövid ismertetése A mérés során a könnyű ejtősúlyos készülékkel a vizsgálandó területen megpróbálunk olyan területet találni, ahol viszonylag egyenletes a talaj felülete, és reprezentálja az adott környezetet. Miután kiválasztottuk a megfelelő pontot elhelyezzük körkörösen mozgatva és csúsztatva a tárcsát. Ha a tárcsa felülete nem megfelelően fekszik fel, úgy az egyenetlenségeket száraz közepes homokkal egyenlíthetjük ki.
10
Ezután csatlakoztassuk az összekötő kábelt a terhelő tárcsa tartóhoz és a süllyedésmérő műszerhez, majd helyezzük fel a vezető rudat.
Húzzuk ki az ejtősúlyon lévő szállításvédelmet biztosító rögzítést.
Miután bekapcsoltuk a süllyedésmérő műszert, az ejtősúlyt emeljük fel, és akasszuk be a kioldószerkezetbe.
2-3 előtömörítés után, 5-ször ejtsük az ejtősúlyt. A műszer automatikusan vezet minket a mérés során. Mikor elegendő számú ejtést gyakoroltunk a talajra az ejtősúllyal, jelzi, hogy vége a vizsgálatnak, majd feldolgozza az adatokat, és eredményként kiírja a kijelzőre a mérési sorozatból adódó süllyedés átlag értékét (s), valamint a dinamikus alakváltozási tényező értékét (Evd).
Addig ismételjük a mérést, amíg el nem érjük a kellő tömörséget.
11
A MÉRÉSI HELYSZÍN BEMUTATÁSA
3
A mérési területeink kiválasztásában nagy szerepet játszott az, hogy a Miskolci Egyetem Geotechnikai Talajvizsgáló Laboratóriumában korábbi kutatások során már használtak az adott területekről származó talajmintákat különböző mérések során. Az általunk mért, illetve a laboratóriumi vizsgálatok eredményei a későbbiekben is összehasonlíthatóak.
3.1
Megyaszó, Újvilág-puszta környéke Megyaszó Újvilág-puszta, Harangod kistáján fekszik. A kistáj Borsod-Abaúj-
Zemplén megyében helyezkedik el. Területe 167 km2. A 3.2. ábrán pirossal jelzett folt, az Újvilág-pusztán lévő baromfiteleptől 500 méterre található. A talaj genetikai osztályozási rendszer besorolása szerint réti csernozjom, fizikai féleségét tekintve vályog (Kiss, 2002).
3.1. ábra: Újharangod, Újvilág-puszta környékének földrajzi térképe (Szerző saját szerkesztése)
12
3.1.1 Megyaszó, Újvilág-pusztáról vett talajminta osztályozása A Megyaszói vályog talajtípus esetében laboratóriumi körülmények között, geotechnikai vizsgálatokat végeztünk a talajtípus azonosítása, valamint osztályozása érdekében. Méréseim bebizonyították, hogy a talaj fizikai féleségét tekintve vályog. A korábbi tanulmányainkból már tudjuk, hogy a vályog a homoknál finomabb, az agyagnál durvább szemcseátmérőjű talajfajta. Az ilyen szemcsés talajtípus megnevezése és talajazonosítási vizsgálata, szemeloszlás meghatározása alapján történik. A szemeloszlási vizsgálat célja a talajt alkotó szemcsék és azok súlyszázalékának meghatározása. A vizsgálat eredménye a szemeloszlási görbe. A szemeloszlási görbe egy pontja megmutatja, hogy a hozzá tartozó átmérőnél kisebb szemcsék összesen milyen súlyszázalékban
vannak
jelen.
Az
összegző
görbét,
szemi-logaritmikus
koordinátarendszerben ábrázoljuk. A szemeloszlás vizsgálat során a 0,063 mm-nél nagyobb szemcseméretig szitálással, a 0,063 mm-nél kisebb szemcsefrakciókat hidrometrálással választjuk szét (3.2. ábra). Az azonosítás vizsgálatai:
szitálás
hidrometrálás
3.2. ábra: Szemeloszlási görbe ábrázolásának vázlata (Szabó Imre Talajmechanikai alapismeretek ppt.)
13
3.1.1.1 Szitálás
3.3. ábra: A talajminta leszitálását szemléltető vázlat (Szabó Imre Talajmechanikai alapismeretek ppt.)
A szitálás során egy előre meghatározott tömegű talajmintát adunk fel egy különböző lyukbőségű rázó szitasorra. A kezdeti tömegből, illetve a szitákon fennmaradt frakciók tömegarányaiból számolhatjuk az (Si %) súlyszázalékokat (3.3. ábra).
14
3.1.1.2 Hidrometrálás A Casagrande-féle hidrométeres eljárás lényege, hogy a különböző méretű szemcsék folyadékban különböző sebességgel ülepednek. A szilárd szemcsék ülepedésével a szuszpenzió sűrűsége csökken. A sűrűség változásából az ülepedés sebessége, ezáltal a szemcseátmérők, valamint azok gyakorisága meghatározható (3.4. ábra).
3.4. ábra: Hidrometrálást szemléltető vázlat (Talajmechanikai alapismeretek ppt.)
Az ülepedés sebessége függ:
szemcseátmérőtől
a szemcse testsűrűségétől
a folyadék sűrűségétől
a folyadék viszkozitásától Az ülepedési sebességet a Stokes-törvény alapján kapjuk (III.1), mely alapján
számoljuk a súlyszázalékokat.
·g
(III.1)
3.1.1.3 A szemeloszlási vizsgálat kiértékelése A szitálás és hidrometrálás során mért részletes eredmények, táblázatos formában az I. mellékletben találhatók. A 3.1. táblázat tartalmazza a szemcseeloszlási görbe értékeit. A 3.5. ábrán a görbe eloszlásából láthatjuk, hogy az egyes talajosztályokra milyen súlyszázalékok esnek. 15
3.1 táblázat: A szemeloszlási görbéhez tartozó eredmények (Szerző saját szerkesztése) Szita-méret Átesett [%] [mm] 4 2 1 0,5 0,25 0,125 0,1 0,08 0,0627 0,0462 0,034 0,023 0,0136 0,0081 0,0051 0,0033 0,0026 0,0015 0,0014
100 98,87 97,02 95,65 93,22 91,95 91,57 90,56 90,56 82,23 73,21 57,26 41,3 31,59 24,65 18,41 15,64 12,86 11,47 0
3.5. ábra: A vizsgált talaj szemcseleoszlási görbéje a Súlyszázalék és szemcseátmérő függvényében (Szerző saját szerkesztése)
3.2. táblázat: A szemcseeloszlási görbe alapján kapott frakciónkénti megoszlás (Szerző saját szerkesztése) Frakciónkénti megoszlás kavics
Megnevezés %
homok
durva
finom
durva
középfinom
finom
0
1,13
1,37
2,43
1,65
A minta megnevezése:
homokliszt
iszap
agyag
59,57
19,22
1,84
Iszapos homokliszt
A minta nevezéktanánál a minimum 10 %-ot meghaladó frakciót már figyelembe kell venni (3.2. táblázat). A minta megnevezése tehát iszapos homokliszt, mely alátámasztja azt a megállapításunkat, hogy a vályog, a homoknál finomabb, és az agyagnál durvább szemcseátmérőjű talajfajta (Oktatási segédlet).
16
3.1.2 Domborzati viszonyok A kistáj 99,5 és 246 m közötti tszf-i magasságú, hegylábfelszíni helyzetben lévő hordalékkúp-síkság (Dövényi, 2010). A Harangod-vidék az Észak-alföldi-hordaléklejtő (hordalékkúp-síkság) nevű középtáj legkeletibb tagja és a Szerencsi-dombság elhatárolását összevetve kapjuk meg a legmegfelelőbb kistáj-határokat.
Északi határát nehéz eldönteni, a Szerencsi-dombság
tagjai teljes egészében a dombsághoz tartoznak, vagy belesimulnak az alföldi tájba. A létrejött hordalékkúp-síkság felszínét ma döntően az eső és az olvadékvíz alakítja, felületi (areális) erózióval deráziós völgyeket, vonalas (lineáris) erózióval mély aszókat létrehozva. Előbbiek lassan formálják, elegyengetik a felszínt, míg utóbbiak, főként a hirtelen lezúduló nagyobb csapadékhulláskor hoznak létre gyorsan határoló völgyfőjű vízmosásokat. Ezek jellemzően nagyobb reliefenenergiájú helyeken, mint a nagyobb lejtésű Hernád-magasparton alakulnak ki. Utóbbiak kialakulásában az antropogén hatás is jelentős. A leglátványosabb felszíni formákat a Hernád Gibárt és Gesztely közötti magaspartján kialakuló szállítóközeg nélküli lejtős tömegmozgások hozzák létre. Két fő típusuk a csuszamlások és omlások (Spéder, 2009).
3.6. ábra: A mérés helyszínének, Újvilág-puszta szintvonalas térképe (Szerző saját szerkesztése)
17
A (3.6. ábra) és (3.7. ábra) pirossal színezett folt mutatja a mérés helyszínét, valamit a pirossal jelzett egyenes, a régi 37-es számú úttestet jelzi.
3.7. ábra: A mérés helyszínének, Újvilág-puszta domborzati, ill. szintvonalas térképe (Szerző saját szerkesztése)
3.1.3 Földtani viszonyok A kistáj a Borsod-Zempléni-síkvidék legkeletibb, hullámos síkság része, amelyet az erózió és a derázió tagolt felszínűvé alakított. Az eredetileg hordalékkúp-felszínre változó vastagságú lösz rakódott, amelynek szemcse-összetétele D-felé fokozatosan finomodik. A kistáj Ny és DK felé 5-10 méteres hirtelen szintcsökkenéssel határolódik el a Sajó-Hernád és a Tisza öntésterületétől. A terület valamennyi talaja löszös üledékeken alakult ki. É-ról D-felé
barnaföldek,
csernozjom
barna
erdőtalajok,
kilúgozott
csernozjom
és
mészlepedékes csernozjom talajok következnek egymás után. A Talajok mechanikai összetétele vályog, és nem felszíntől karbonátosak. A csernozjom barna erdőtalajok 64 %, a mészlepedékes csernozjomok 17 %, az alföldi mészlepedékes csernozjomok szintén 17 % területet foglalnak. Teljes egészében szántóként hasznosíthatók. Eredményesen termeszthető rajtuk a búza, az őszi árpa, a kukorica, a cukorrépa, a lucerna, a vöröshere és a napraforgó. Kis területi arányban (1-1 %) további két talajtípus is előfordul, mégpedig a legelőként is hasznosítható réti szolonyec és a szántóként hasznosítható öntés réti talaj. A táj egyértelműen kedvező adottságú mezőgazdasági terület (Dövényi, 2010). 18
4
VIZSGÁLATOK EREDMÉNYEI
4.1
A 2011.08.18-ai mérési sorozat Első lépésként az Újvilág-pusztán található Baromfitelep telekhatára mellett
kijelöltünk egy 200x200 m-es rácshálót, amely 25 mérési pontot tartalmaz egymástól 50 m-es távolságokban (4.1. ábra). A méréseink során a nagy kiterjedésű mérési területből adódóan, a talaj homogenitását, ill. a domborzatilag különböző magasságokban lévő mérési pontokban vizsgáltuk a talajellenállást, a termőföldi vízkapacitást (tf %), a dinamikus alakváltozási modulust (Evd) és a talaj nedvességtartalmát (w %).
4.1. ábra Baromfitelep melletti 200x200 m-es rácsháló 50 m-es léptékkel (http://maps.google.hu) és (szerző saját szerkesztése)
19
4.1.1 A penetrométeres mérési eredmények kiértékelése A vizsgált 200 m x 200 m-es területen első alkalommal 25 ponton végeztem összesen 75 mérést 50 cm-es behatolási mélységben. A nedvességtartalom és talajellenállás 10 cm-es átlagértékei a mérés során jól jellemzik a talaj szerkezetében az időjárás miatt bekövetkezett változásokat. 4.1. táblázat Nedvességtartalom és talajellenállás értékek átlaga 10 cm-es talajrétegenként 2011.08.18. méréssorozat (Szerző saját szerkesztése)
Átlagértékek a területen a behatolási mélység 10 cm- 1-10
11-20
21-30 31-40 41-50
21
62
94
97
94
Talajellenállás [x 100 kPa] 20
27
36
41
43
es szakaszaiban Nedvességtartalom [tf %]
A mérésekből látszik, hogy a vizsgált talajon a felső 20 cm-en fokozatosan növekednek a nedvességtartalom és a talajellenállás értékek (4.2. ábra, 4.3. ábra, 4.4. ábra, 4.5. ábra). A talajművelés az adott területen jelentősen befolyásolja a mérési eredményeket. Az 1/1-1/5 mérési pontokon (4.1. ábra), az északi oldalon (4.5. ábra, 200 m) jól látható a tömörödöttség megnő. Ennek a következményeként sűrítettük a méréseket a következő két méréssorozat esetében, amelyeket részletesen a 4.2 fejezetben részletezünk. Az elvégzett méréseket a 4.3. fejezetben hasonlítjuk össze.
20
4.2. ábra. 2011.08.18-ai méréssorozat, 200 m x 200 m-es mérési terület, nedvességtartalom adatok ábrázolása, felülnézeti kép (Szerző saját szerkesztése)
21
4.3. ábra. 2011.08.18-ai méréssorozat, 200 m x 200 m-es mérési terület, nedvességtartalom adatok ábrázolása, elölnézeti kép (Szerző saját szerkesztése)
22
4.4. ábra. 2011.08.18-ai méréssorozat, 200 m x 200 m-es mérési terület, talajellenállás adatok ábrázolása, felülnézeti kép (Szerző saját szerkesztése)
23
4.5. ábra. 2011.08.18-ai méréssorozat, 200 m x 200 m-es mérési terület, talajellenállás adatok ábrázolása, elölnézeti kép (Szerző saját szerkesztése)
24
4.1.2 A dinamikus ejtősúlyos berendezés mérési eredmények kiértékelése A 200 m x 200 m-es rácshálóban mért eredményeket a 4.2. táblázat tartalmazza. 4.2. táblázat: A 25 ponton mért Evd és és w értékek koordináta helyesen (Szerző saját szerkesztése)
Pont neve
w (%)
Evd (MN/m2)
EOV X
EOV Y
1/1 2/1 3/1 4/1 5/1 5/2 4/2 3/2 2/2 ½ 1/3 2/3 3/3 4/3 5/3 5/4 4/4 ¾ 2/4 ¼ 1/5 2/5 3/5 4/5 5/5
10,94 18,13 19,51 19,25 21,86 18,05 23,57 20,06 18,30 19,50 16,42 31,66 17,50 18,42 22,05 18,89 20,63 19,07 19,55 19,97 17,53 15,59 20,11 18,39 16,00
6,36 3,75 5,70 3,56 6,34 4,13 3,05 3,67 3,66 6,18 10,29 3,40 3,52 4,61 4,77 4,13 2,87 3,42 4,63 8,83 4,82 3,27 3,53 3,60 3,22
312974,00 312922,56 312877,15 312827,92 312783,73 312773,59 312818,44 312865,52 312911,82 312962,59 312953,01 312900,72 312853,75 312809,73 312761,94 312756,34 312799,57 312853,36 312894,20 312936,14 312925,19 312876,58 312837,03 312790,63 312743,67
799954,35 799973,84 799994,37 800013,50 800025,28 799977,68 799961,34 799945,02 799928,93 799913,48 799861,40 799873,91 799894,48 799912,96 799927,14 799883,07 799864,09 799849,30 799824,43 799811,44 799758,35 799775,53 799790,17 799806,78 799823,62
A dinamikus alakváltozási modulus, és a nedvességtartalom értékeit, koordináta helyesen ábrázoltuk a Surfer9 program segítségével (4.6. ábra). Azt láthatjuk, hogy a Baromfitelep melletti sávban az Evd értékei átlagosan nagyobbak, tehát tömörebb a talaj. Ezt az izovonalak sűrűségéből is megfigyelhető. Feltehetőleg korábban egy mezőgazdasági gépek számára kialakított út lehetett ott. Az 1/1-1/2-1/3-1/4-1/5-ös sor mellett húzódik a Baromfitelep telekhatára. Kék értékekkel van jelölve a mért nedvességtartalmak (w), ill piros értékekkel a dinamikus alakváltozási modulus (Evd).
25
4.6. ábra: A 25 pont koordináta helyes ábrázolása (Szerző saját szerkesztése)
Az 4.6. ábrán megfigyelhetjük, hogy azokon a területeken nagyobb a talaj nedvességtartalma, ahol a dinamikus teherbírási modulus értékei alacsonyabbak. Ezek a nedvességtartalom értékek a talaj felső 0-10 cm-éből vett talajminták értékei. Az 1/1-1/5 sorban a mért eredmények mutatják, hogy az északi rész jobban tömörödött, ezért kiválasztottuk az 1/4-2/4-2/3-1/3 által határolt 50x50 m-es parcellát további mérések elvégzésére. Ezen a területen a méréseinket besűrítettük 10x10 m-es rácshálóban, hogy részletesebben megismerjük a talajszerkezetet. A penetrométer minden egyes pontban 50 cm-es mélységig, centiméterenként megmérte a termőföldi vízkapacitás értékeit. Kiválasztunk a 200x200 m-es rácshálón, minden sorban véletlenszerűen 1 mérési pontot, és ábrázoljuk a vízkapacitás értékeit a mélység függvényében az 4.7. ábrán.
26
4.7. ábra: A 200x200 m-es rácsháló soraiból kiválasztott 5 ponton mért vízkapacitás értékek a behatolási mélység függvényében (Szerző saját szerkesztése)
A vízkapacitás értékei a talaj első 25 cm-es mélységéig mutatnak nagyobb változást. A 4.8. ábrán a talaj dinamikus teherbírási modulusait láthatjuk összehasonlítva a penetrométer által mért vízkapacitás értékeivel. Az 4.7. ábra alapján a penetrométer által mért vízkapacitás eredményeit, a mérési pontoknál 25 cm-es mélységig átlagolom, és az így kapott átlag értékeket hasonlítom össze a hozzájuk tartozó dinamikus teherbírási modulussal.
27
4.8. ábra: A rácshálóban mért dinamikus teherbírási modulus és a termőföldi vízkapacitás átlag értékei 25 cm-es mélységig (Szerző saját szerkesztése)
28
4.2
A 2011.08.30-ai és 2011.10. októberi mérési sorozatok A 200x200 m-es rácshálóból, az 1/4-2/4-2/3-1/3 pontokkal határolt 50x50 m-es
parcellán végeztük a további méréseinket. A területen 2 mérési sorozatot végeztünk. Az elsőt 2011.08.30-án, míg a másodikat később, 2011.10.04-én. A két mérés adatai közötti különbséget az időjárási viszonyok okozták, ugyanis szárazság és 23-24
0
C
átlaghőmérséklet volt, mely szeptemberben nem jellemző hazánkban. 4.2.1 A penetrométeres mérési eredmények kiértékelése 4.3. táblázat Nedvességtartalom és talajellenállás értékek átlaga 10 cm-es talajrétegenként 2011.08.30. méréssorozat (Szerző saját szerkesztése)
Átlagértékek a területen a behatolási mélység 10 cm- 1-10
11-20
21-30 31-40 41-50
es szakaszaiban Nedvességtartalom [tf%]
12
51
97
98
96
Talajellenállás [x 100 kPa]
18
22
32
34
37
4.4. táblázat Nedvességtartalom és talajellenállás értékek átlaga 10 cm-es talajrétegenként 2011.10.04. méréssorozat (Szerző saját szerkesztése)
Átlagértékek a területen a behatolási mélység 10 cm- 1-10
11-20
21-30 31-40 41-50
es szakaszaiban Nedvességtartalom [tf%]
20
72
95
97
93
Talajellenállás [x 100 kPa]
29
42
45
46
45
29
4.9. ábra. 2011.08.30-ai méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, nedvességtartalom adatok ábrázolása, felülnézeti kép (Szerző saját szerkesztése)
30
4.10. ábra. 2011.08.30-ai méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, nedvességtartalom adatok ábrázolása, elölnézeti kép (Szerző saját szerkesztése)
31
4.11. ábra. 2011.08.30-ai méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, talajellenállás adatok ábrázolása, felülnézeti kép (Szerző saját szerkesztése)
32
4.12. ábra. 2011.08.30-ai méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, talajellenállás adatok ábrázolása, elölnézeti kép (Szerző saját szerkesztése)
33
4.13. ábra. 2011.10.04-ei méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, nedvességtartalom adatok ábrázolása, felülnézeti kép (Szerző saját szerkesztése)
34
4.14. ábra. 2011.10.04-ei méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, nedvességtartalom adatok ábrázolása, elölnézeti kép (Szerző saját szerkesztése)
35
4.15. ábra. 2011.10.04-ei méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, talajellenállás adatok ábrázolása, felülnézeti kép (Szerző saját szerkesztése)
36
4.16. ábra. 2011.10.04-ei méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, talajellenállás adatok ábrázolása, elölnézeti kép (Szerző saját szerkesztése)
37
4.2.2 A dinamikus ejtősúlyos berendezés mérési eredményeinek kiértékelése A 4.5. táblázat a 2011.08.30-ai mérések eredményeit, míg a 4.6. táblázat az októberi eredményeket tartalmazza. 4.5. táblázat: A 30-ai mérések eredményei
4.6. táblázat: A októberi mérések eredményei
koordináta helyesen (Szerző saját szerkesztése)
koordináta helyesen (Szerző saját szerkesztése)
Pont 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
Evd (MN/m2) 4,14 3,66 3,73 5,02 5,25 3,23 4,02 3,54 3,68 4,31 4,99 4,14 3,84 3,39 3,66 3,52 4,85 4,65 6,90 4,52 4,14 4,42 3,44 11,52 5,83 14,08 8,31 10,12 11,36 4,38 4,80 8,88 3,58 3,81 3,83 3,26
w
EOV X
EOV Y
Pont
16,56 15,82 15,64 17,90 17,78 17,32 15,78 17,22 15,71 18,10 18,62 15,87 14,75 19,92 15,14 18,54 20,24 14,24 17,24 15,42 14,17 15,23 10,49 16,16 10,57 12,03 15,87 17,36 16,19 17,69 18,56 14,17 18,51 13,60 16,75 17,13
312896,06 312900,43 312902,95 312905,28 312907,07 312912,53 312903,79 312908,81 312911,52 312914,33 312916,66 312920,69 312912,29 312916,99 312919,78 312924,48 312924,71 312928,64 312922,90 312926,95 312931,79 312933,21 312935,68 312931,71 312935,80 312936,68 312940,57 312940,84 312943,28 312886,07 312888,57 312930,06 312891,10 312894,19 312895,23 312902,64
799822,97 799832,68 799844,08 799852,43 799861,32 799870,41 799820,98 799830,16 799840,06 799849,59 799858,17 799867,52 799818,31 799827,86 799836,72 799846,50 799855,43 799865,23 799815,80 799826,12 799845,35 799852,75 799862,37 799812,08 799824,10 799832,27 799840,65 799851,29 799859,42 799823,90 799834,48 799834,45 799846,40 799853,98 799864,08 799875,13
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
38
Evd (MN/m2) 8,44 6,19 6,77 6,69 6,88 6,54 5,76 6,22 3,98 7,54 4,40 5,48 6,42 5,37 7,98 7,55 7,30 5,92 9,15 7,74 13,54 7,82 6,28 7,39 14,29 16,03 17,94 25,67 22,92 25,26
w (%) 8,94 11,09 11,80 8,36 11,54 10,25 15,45 12,22 14,57 15,77 8,63 9,50 11,26 13,67 9,23 14,51 13,77 12,47 8,67 14,08 12,50 9,81 9,82 9,37 9,60 10,66 10,52 12,37 10,03 12,96
EOV X
EOV Y
312896,06 312900,43 312902,95 312905,28 312907,07 312912,53 312903,79 312908,71 312911,52 312914,32 312916,77 312920,80 312912,29 312916,99 312919,78 312924,48 312924,71 312928,64 312922,90 312926,95 312930,08 312931,79 312933,21 312935,68 312931,71 312935,80 312936,68 312940,57 312940,84 312943,28
799822,97 799832,76 799844,08 799852,43 799861,32 799870,41 799820,83 799830,24 799840,06 799849,52 799858,02 799867,59 799818,31 799827,86 799836,72 799846,50 799855,43 799865,23 799815,80 799826,12 799834,97 799845,35 799852,75 799862,37 799812,08 799824,10 799832,27 799840,65 799851,29 799859,42
A 4.17. ábrán és 4.18. ábrán, a dinamikus teherbírási modulus időbeni változását figyelhetjük meg. Láthatjuk, hogy a szárazabb (2011.10.04.) talaj esetében magasabbak Evd értékeket mértünk, mint a korábbi (2011.08.30.) nedvesebb talaj esetében. Ez is magyarázza azt a tényt, hogy a talaj dinamikus teherbírási modulusa nagymértékben függ a nedvességtartalomtól.
4.17. ábra: 30-ai eredmények izovonalas térképe Evd függvényében (Szerző saját szerkesztése)
4.18. ábra: A októberi eredmények izovonalas térképe Evd függvényében (Szerző saját szerkesztése)
39
4.3
Mérési eredmények összehasonlítása Az általunk készített nedvességtartalmat és talajellenállást szemléltető ábrákból
(4.9. ábra, 4.10. ábra, 4.11. ábra, 4.12. ábra, 4.13. ábra, 4.14. ábra, 4.15. ábra, 4.16. ábra,) jól meg lehet határozni a talajművelés mélységét. A felső 20 cm-es réteg szárazabb, aerációs zóna, amelytől a nedvességtartalom a vizsgált alsóbb mélységig már egy viszonylag állandó szintre állt be. A laborban való víztartalom meghatározására a mintákat minden mérési pontban 010 cm-es mélységből vettük. Az így meghatározott víztartalom értékek és az időjárási viszonyok között kapcsolat figyelhető meg, ugyanis az augusztus végi és az októberi méréssorozatok között nagy volt a szárazság, így a laboreredményeken is a talaj nedvességtartalmának csökkenése látszik. Ezzel ellenben a penetrométerrel mért nedvességtartalom értékek a két időpont között növekedést mutatnak. Ennek valószínűleg az az oka, hogy a méréssorozatok között talajművelést végeztek a mérési területen, amely a talaj fellazulásával járt együtt. Ezek után már érthető a mérési eredmények közötti eltérés, amely a két mérés jellegéből fakad, ugyanis amíg a laboratóriumi mérések tömegre vonatkoztatott víztartalmat, addig a penetrométeres mérések térfogatra vonatkoztatott víztartalmat határoznak meg. A talajellenállás értékek a mélységgel együtt fokozatosan, de nem túl nagy mértékben növekednek, ami nagyrészt a talaj önsúlyából adódik. A talajellenállás értékekben a vizsgált mélységig réteghatárok nem különíthetőek el, ezért a talajt azonos tulajdonságúnak tekintjük. Egy helyen vehető észre növekedés, a 2011.08.18-ai mérési területen a 200 m-en lévő mérési pontsornál (4.4 ábra, 4.5. ábra). Többek közt ez volt az oka, hogy a terület szélén sűrítettük a méréseket. Ugyanis az utolsó mérési vonalon az első méréssorozatunk elvégzésénél mind a penetrométeres, mind a dinamikus tárcsás terhelővizsgálatok során a már későbbi 40 m x 50 m-es területen, ahol a következő két mérési sorozatot elvégeztük, változások figyelhetők meg a talajellenállásban és a dinamikus rugalmassági modulus értékekben.
40
Minden mérésszorozatnál összehasonlítottuk az egyes mérési pontokban a mélységintervallumokra átlagolt talajellenállás értékeket az adott ponton mért dinamikus
Dinamikus rugalmassági modulus [MN/m2] és Talajellenállások értékek [MPa]
rugalmassági modulussal.
2011.08.18. méréssorozat Dinamikus rugalmassági modulus és a talajellenállás értékek összehasonlítása 12 10 8 Áltag értékek 1-50 cm-en [MPa]
6 4
Evd értékek a mérési pontokban [MN/m2]
2 0 1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25
Mérési pontok sorszáma
Dinamikus rugalmassági modulus [MN/m2] és Talajellenállások értékek [MPa]
4.19. ábra 2011.08.18. A mért adatok összehasonlítása
2011.08.30. méréssorozat Dinamikus rugalmassági modulus és a talajellenállás értékek összehasonlítása 15 10 Áltag értékek 1-50 cm-en [MPa]
5
Evd értékek a mérési pontokban [MN/m2]
0 1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Mérési pontok sorszáma
4.20. ábra 2011.08.30. A mért adatok összehasonlítása
41
Dinamikus rugalmassági modulus [MN/m2] és Talajellenállások értékek [MPa]
2011.10.04. méréssorozat Dinamikus rugalmassági modulus és a talajellenállás értékek összehasonlítása 30 25 20 Áltag értékek 1-50 cm-en [MPa]
15 10
Evd értékek a mérési pontokban [MN/m2]
5 0 1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Mérési pontok sorszáma
4.21. ábra 2011.10.04. A mért adatok összehasonlítása 4.7. táblázat A talajellenállás és a dinamikus rugalmassági modulus adatsorok korrelációja Méréssorozat dátuma 2011.08.18. 2011.08.30. 2011.10.04. Átlag
Korreláció 0,55 -0,18 0,5 0,29
Az ábrákon jól látható, hogy egy adott talajon mért dinamikus rugalmassági modulus, és talajellenállás értékek között az első és utolsó méréssorozatnál közel azonos, a másodiknál, valószínűleg a kiugró dinamikus rugalmassági modulus értékek miatt már kisebb a korreláció. A dinamikus rugalmassági modulus, értékek változásáról látszik, hogy a harmadik méréssorozatnál a talaj tömörödöttsége az előzőekhez képest növekedett, és ezt jól követik a talajellenállás értékek.
42
5. KÖVETKEZTETÉSEK Az általunk vizsgált területen a felső 20 cm-en egy lazább, a talajművelő eszközök által átmozgatott alacsonyabb nedvességtartalommal és talajellenállással rendelkező réteg van. Az északi oldalon lévő mérési vonalon nagyobb talajellenállás értékeket kaptunk. Ennek az oka valószínűleg az, hogy az előbb említett útvonalon járnak a legtöbbet a mezőgazdasági gépjárművek, így még jobban növelve a talaj tömörödöttségét. Az általunk elvégzett vizsgálatokból kiderült, hogy a könnyű ejtősúlyos dinamikus terhelőtárcsával és a penetrométerrel elvégzett mérések könnyen, pontos eredményt szolgáltatnak. Kiderült továbbá, hogy az elsősorban tömör altalajok jellemzésére szolgáló dinamikus terhelőtárcsa, laza, kis konszolidációs fokú talajok esetében is jól alkalmazható. A penetrométerrel végzett mérések során, a pontos mérési adatokhoz a műszerrel való gyakorlatra van szükség, hogy ki lehessen küszöbölni a kiugró értékeket, ill. mérési hibákat. A vizsgálatok alapján a két eszközzel való mérés elvégzésével egy adott talajon, lehet következtetni annak jellegére és típusára.
43
ÁBRAJEGYZÉK 1.1. ábra 3T SYSTEM elektronikus talaj réteg indikátor felépítése (Szerző saját szerkesztése) .......................................................................................................................... 3 2.1. ábra: Könnyű ejtősúlyos dinamikus terhelőtárcsás beredezés működési vázlata (Dietmar.) .............................................................................................................................. 7 2.2. ábra A teherátadás elméleti modellje (Tompai, 2008) .................................................. 9 2.3. ábra Zorn ZFG 3000-es típusú berendezés (Saját fénykép) ......................................... 10 3.1. ábra: Újharangod, Újvilág-puszta környékének földrajzi térképe (Szerző saját szerkesztése) ........................................................................................................................ 12 3.2. ábra: Szemeloszlási görbe ábrázolásának vázlata (Szabó Imre Talajmechanikai alapismeretek ppt.)............................................................................................................... 13 3.3. ábra: A talajminta leszitálását szemléltető vázlat (Szabó Imre Talajmechanikai alapismeretek ppt.)............................................................................................................... 14 3.4. ábra: Hidrometrálást szemléltető vázlat (Talajmechanikai alapismeretek ppt.) ........... 15 3.5. ábra: A vizsgált talaj szemcseleoszlási görbéje a Súlyszázalék és szemcseátmérő függvényében (Szerző saját szerkesztése) ........................................................................... 16 3.6. ábra: A mérés helyszínének, Újvilág-puszta szintvonalas térképe (Szerző saját szerkesztése) ........................................................................................................................ 17 3.7. ábra: A mérés helyszínének, Újvilág-puszta domborzati, ill. szintvonalas térképe (Szerző saját szerkesztése)................................................................................................... 18 4.1. ábra Baromfitelep melletti 200x200 m-es rácsháló 50 m-es léptékkel (http://maps.google.hu) és (szerző saját szerkesztése) ........................................................ 19 4.2. ábra. 2011.08.18-ai méréssorozat, 200 m x 200 m-es mérési terület, nedvességtartalom adatok ábrázolása, felülnézeti kép (Szerző saját szerkesztése) ........................................... 21 4.3. ábra. 2011.08.18-ai méréssorozat, 200 m x 200 m-es mérési terület, nedvességtartalom adatok ábrázolása, elölnézeti kép (Szerző saját szerkesztése) ............................................. 22 4.4. ábra. 2011.08.18-ai méréssorozat, 200 m x 200 m-es mérési terület, talajellenállás adatok ábrázolása, felülnézeti kép (Szerző saját szerkesztése) ........................................... 23 4.5. ábra. 2011.08.18-ai méréssorozat, 200 m x 200 m-es mérési terület, talajellenállás adatok ábrázolása, elölnézeti kép (Szerző saját szerkesztése) ............................................. 24 4.6. ábra: A 25 pont koordináta helyes ábrázolása (Szerző saját szerkesztése) .................. 26
44
4.7. ábra: A 200x200 m-es rácsháló soraiból kiválasztott 5 ponton mért vízkapacitás értékek a behatolási mélység függvényében (Szerző saját szerkesztése) ............................ 27 4.8. ábra: A rácshálóban mért dinamikus teherbírási modulus és a termőföldi vízkapacitás átlag értékei 25 cm-es mélységig (Szerző saját szerkesztése) ............................................. 28 4.9. ábra. 2011.08.30-ai méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, nedvességtartalom adatok ábrázolása, felülnézeti kép (Szerző saját szerkesztése) ........................................... 30 4.10. ábra. 2011.08.30-ai méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, nedvességtartalom adatok ábrázolása, elölnézeti kép (Szerző saját szerkesztése) ............................................. 31 4.11. ábra. 2011.08.30-ai méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, talajellenállás adatok ábrázolása, felülnézeti kép (Szerző saját szerkesztése) ........................................... 32 4.12. ábra. 2011.08.30-ai méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, talajellenállás adatok ábrázolása, elölnézeti kép (Szerző saját szerkesztése) ............................................. 33 4.13. ábra. 2011.10.04-ei méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, nedvességtartalom adatok ábrázolása, felülnézeti kép (Szerző saját szerkesztése) ........................................... 34 4.14. ábra. 2011.10.04-ei méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, nedvességtartalom adatok ábrázolása, elölnézeti kép (Szerző saját szerkesztése) ............................................. 35 4.15. ábra. 2011.10.04-ei méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, talajellenállás adatok ábrázolása, felülnézeti kép (Szerző saját szerkesztése) ........................................... 36 4.16. ábra. 2011.10.04-ei méréssorozat, 40 m x 50 m-es mérési terület, talajellenállás adatok ábrázolása, elölnézeti kép (Szerző saját szerkesztése) ............................................. 37 4.17. ábra: 30-ai eredmények izovonalas térképe Evd függvényében (Szerző saját szerkesztése) ........................................................................................................................ 39 4.18. ábra: A októberi eredmények izovonalas térképe Evd függvényében (Szerző saját szerkesztése) ........................................................................................................................ 39 4.19. ábra 2011.08.18. A mért adatok összehasonlítása ...................................................... 41 4.20. ábra 2011.08.30. A mért adatok összehasonlítása ...................................................... 41 4.21. ábra 2011.10.04. A mért adatok összehasonlítása ...................................................... 42
45
TÁBLÁZATJEGYZÉK 1.1. táblázat Penetrométeren beállítható talajkategóriák (3T-RM System Bt. Magyarország 3T SYSTEM elektronikus talaj réteg indikátor használati utasítás).................................. 4 1.2. táblázat Energiakódok jelentése (3T-RM System Bt. Magyarország 3T SYSTEM elektronikus talaj réteg indikátor használati utasítás) ........................................................ 5 3.1 táblázat: A szemeloszlási görbéhez tartozó eredmények (Szerző saját szerkesztése) ... 16 3.2. táblázat: A szemcseeloszlási görbe alapján kapott frakciónkénti megoszlás (Szerző saját szerkesztése) ............................................................................................................ 16 4.1. táblázat Nedvességtartalom és talajellenállás értékek átlaga 10 [cm]-es talajrétegenként 2011.08.18. méréssorozat (Szerző saját szerkesztése) .......................... 20 4.2. táblázat: A 25 ponton mért Evd és és w értékek koordináta helyesen (Szerző saját szerkesztése) .................................................................................................................... 25 4.3. táblázat Nedvességtartalom és talajellenállás értékek átlaga 10 [cm]-es talajrétegenként 2011.08.30. méréssorozat (Szerző saját szerkesztése) .......................... 29 4.4. táblázat Nedvességtartalom és talajellenállás értékek átlaga 10 [cm]-es talajrétegenként 2011.10.04. méréssorozat (Szerző saját szerkesztése) .......................... 29 4.5. táblázat: A 30-ai mérések eredményei koordináta helyesen (Szerző saját szerkesztése) ......................................................................................................................................... 38 4.6. táblázat: A októberi mérések eredményei koordináta helyesen (Szerző saját szerkesztése) .................................................................................................................... 38 4.7. táblázat A talajellenállás és a dinamikus rugalmassági modulus adatsorok korrelációja ......................................................................................................................................... 42
46
IRODALOMJEGYZÉK
Böröczky Sz. (2005) TDK, A dinamikus- és teherbírásmérés alkalmazásának lehetőségei és korlátai.
Tompai Z. (2008) Földművek és Kötőanyagok nélküli alaprétegek teherbírásának és tömörégének ellenőrzése könnyű ejtősúlyos módszerekkel.
Dietmar A. Investigation of the Dynamic Plate Loading Test with the Light-Weight using the Boundary Element Methode, pp.2.
Kiss Zs. P., (2002) „Doktori (Ph.D.) Értekezés Tézisei” Mezőgazdasági gumiabroncsok talajfizikai hatásainak vizsgálata. Növénytermesztési és Kertészeti Tudományok Doktori Iskola, pp.6-7.
Szabó I. Talajmechanikai alapismeretek, Oktatási segédlet
Spéder
F.
(2009)
A
Harangod-vidék
természetföldrajzi
vázlata,
Geográfus
Doktoranduszok IX. Országos Konferenciájának Természetföldrajzos Tanulmányai, pp.190.191.
Dövényi Z. (2010) Magyarország kistájainak katasztere, Második, átdolgozott és bővített kiadás, MTA Földrajztudományi Kutatóintézet, pp.151-155, 219-221, 238-241.
SINÓROS-SZABÓ, B. – SZŐLLŐSI, I. 1999. A 3T SYSTEM alkalmazása és gyakorlati jelentősége. Gyakorlati Agrofórum, Különszám a talajművelésről, 10. 7. 1516.
Szőllősi I. (2002) „Doktori (Ph.D.) Értekezés” Talajok tömörödöttségi állapotának a jellemzése penetrométeres vizsgálatokkal.
3T-RM System Bt. Magyarország 3T SYSTEM elektronikus talaj réteg indikátor Használati Útmutató
47
