Izbor i Primjena Strojeva Za Zbijanje Tla

SVEUILITE U ZAGREBU GEOTEHNIKI FAKULTET

MIRO HORVAT

IZBOR I PRIMJENA STROJEVA I OPREME ZA ZBIJANJE ZEMLJANIH I KAMENIH GRADIVA

ZAVRNI RAD

VARADIN 2010.

SVEUILITE U ZAGREBU GEOTEHNIKI FAKULTET

ZAVRNI RAD

IZBOR I PRIMJENA STROJEVA I OPREME ZA ZBIJANJE ZEMLJANIH I KAMENIH GRADIVA

KANDIDAT : MENTOR:

MIRO HORVAT doc. dr. sc. STJEPAN STRELEC

VARADIN 2010.

1. UVOD ........................................................................................................................... 1

2. ZBIJANJE ..................................................................................................................... 2

2.1. Optimizacija zbijanja ............................................................................................. 3 2.2. Kontrola zbijanja .................................................................................................... 3 2.3. Podloga zbijanja .................................................................................................... 3 2.4. Ponaanje tla pri zbijanju ...................................................................................... 4 2.4.1. Krupnozrna tla, nevezana (nekoherentna) tla .............................................. 5

2.4.2. Sitnozrna tla, vezana (koherentna) tla ......................................................... 6

2.4.3. Mjeovita (nekoherentna i koherentna) tla ................................................. 8 3. METODE ZBIJANJA ............................................................................................... 10

4. POVRINSKO (PLITKO) ZBIJANJE ...................................................................... 11 4.1. Strojevi za zbijanje sa statikim djelovanjem ..................................................... 12 4.1.1. Jeevi ......................................................................................................... 12

4.1.2. Valjci s glatkim elinim kotaima ........................................................... 14 4.1.3. Valjci na pneumaticima ............................................................................. 16 4.2. Strojevi za zbijanje sa dinamikim djelovanjem ................................................. 19 4.2.1. Vibro valjci ................................................................................................ 19 4.2.2. Vibro jeevi ................................................................................................ 22 4.2.3. Vibro nabijai ............................................................................................ 23 4.2.4. Vibro ploe ................................................................................................ 24

Optimalne veliine debljine slojeva za zbijanje ............................................................ 26 Volumni uinak strojeva za zbijanje .............................................................................. 27 Izbor strojeva za zbijanje prema svojstvima tla ............................................................. 28 5. DUBOKO ZBIJANJE ................................................................................................ 30

5.1. Dinamika konsolidacija tla ................................................................................. 30 5.2. Vibroflotacija tla ................................................................................................. 33 6. LABORATORIJSKI POKUS ZBIJANJA ................................................................ 36

6.1. Proctor-ov pokus ................................................................................................ 36

6.1.1. Standardni Proctor-ov pokus .................................................................... 36

6.1.2. Modificirani Proctor-ov pokus .................................................................. 37

6.1.3. Tipian izgled krivulja zbijanja za Proctor-ov pokus ............................... 38 7.ZAKLJUAK ............................................................................................................. 39

8.LITERATURA ........................................................................................................... 40

9.SAETAK .................................................................................................................. 41

1

1.UVOD

Najea, najvea i najmasovnija skupina graditeljskih radova su zemljani radovi temeljnoga radnog sadraja: iskopati materijal u tlu, premjestiti ili prevesti iskopani materijal na odreenu lokaciju (eventualno obaviti preradu materijala), te premjeteni materijal nabiti do projektom predviene zbijenosti tla. Svojstva prirodnih materijala tla razlikuju se pa ih dijelimo prema normativima za temeljenje graevinskih objekata u tri temeljne vrste:

stijena- monolitna ili trona, nevezani materijali- drobina ili obluci, ljunak i pijesak, vezani materijali -prah, glina i treset.

Optimalno zbijanje zemljanih i zrnatih materijala i kontrola tog postupka vana je ne samo za podruje graenja cesta i eljeznica ve, i za mnoga druga podruja koja se bave izvoenjem graevinskih konstrukcija, a u tom smislu svakako trebamo razlikovati povrinsko zbijanje u slojevima od dubinskog zbijanja. Mnogi inenjeri smatraju zbijanje perifernim pitanjem ili pak misle da je u tom podruju sve jasno ("dovoljno je nekoliko prijelaza valjkom i sloj je dovoljno zbijen" ili "u sluaju potrebe dovoljno je upotrijebiti tei valjak"). Meutim, optimizacija zbijanja zemljanih i granuliranih materijala i pouzdana kontrola tog procesa ipak nije tako jednostavna, a ovisi o brojnim meusobno povezanim faktorima koji opet ovise o cilju i nainu zbijanja, te o opremi koja se koristi za zbijanje.

Vaan utjecaj na nevezane i vezane materijale ima voda, pa razlikujemo suhe nevezane materijale, malo vlane i zasiene vodom, dok vezani materijali mogu biti vrsti, poluvrsti, teko gnjeivi, lako gnjeivi i itki. Prirodne materijale nadalje dijelimo prema porozitetu: nevezani mogu biti vrlo zbijeni, zbijeni i srednje zbijeni, a vezani vrlo malo porozni, malo porozni, srednje porozni, jae porozni i vrlo porozni. Za ocjenu pogodnosti ugradbenog materijala, njihove osjetljivosti pri promjeni vlanosti, izbor ureaja za zbijanje i kontrolu kvalitete zbijanja potrebno je napraviti Proctorov pokus.

2

2. ZBIJANJE

Zadatak zbijanja je popravljanje graevinsko tehnikih svojstava tla smanjenjem volumena pora ispunjenih zrakom, a djelomino i vodom te guim slaganjem estica.

Slika 1. Smanjenje volumena pora zbijanjem

Postignuta zbijenost ovisi o strojevima za zbijanje, kao i o samom postupku, o vrsti tla, sadraju vode i deformabilnosti podloge. Razliiti materijali ne reagiraju jednako na pojedine strojeve.

Efekti zbijanja:

poveanje posmine vrstoe, poveanje nosivosti, smanjenje stiljivosti i slijeganja, smanjenje propusnosti, smanjenje potencijala likvefakcije, kontrola bujanja.

initelji koji imaju najvei utjecaj na zbijanje su:

vrsta materijala koji se zbija, stanje vlanosti materijala, traena zbijenost materijala, primjena strojeva.

3

2.1. Optimizacija zbijanja

Tu se radi o kvaliteti zbijanja, o potrebnoj energiji i vremenu zbijanja, te o potrebnim geotehnikim parametrima materijala koji se zbija. Pretjerano zbijanje i ponovno rahljenje tla treba izbjegavati nita manje negoli heterogeno, tj. neujednaeno zbijanje. Stoga se moe rei da je cilj suradnje izmeu geotehnike i strojarstva zapravo razvoj "inteligentne" opreme za zbijanje koja e sama reagirati na lokalne promjene svojstava zemljanog/zrnatog materijala i to automatskim mijenjanjem odgovarajuih strojarskih parametara. Valjci opremljeni sustavima za automatsko reguliranje stupnja zbijanja (tj. vibriranja/osciliranja) ve se smatraju znaajnim korakom u tom pravcu jer se time zbijanje podie s razine rutinskog umijea na razinu sloenoga tehnikog procesa utemeljenog na odgovarajuim znanstvenim postavkama.

2.2. Kontrola zbijanja

Kontrolu treba obavljati ve i tijekom postupka zbijanja. Od prvenstvenog je znaenja badarenje kontrolnih podataka utemeljeno na reakciji izmeu tla i opreme za zbijanje. Broj kontrolnih ispitivanja nakon zbijanja treba smanjiti i u tom se smislu trebaju prorijediti sadanja tradicionalna sluajna ispitivanja nakon zbijanja. S druge strane, sve vea se vanost treba pridavati kontinuiranoj kontroli zbijanja (s pomou kontrolnih ureaja koji su sastavni dio opreme za zbijanje). Dodatni je inovacijski korak razvoj "inteligentnog" valjka, koji ne odreuje samo vrijednosti bezdimenzionalnog dinamikog zbijanja, ve definira i dinamike module, a sve to registriranjem i interpretiranjem stalno promjenljivih odnosa izmeu tla i valjka.

2.3. Podloga zbijanja

Uspjeh zbijanja sloja nekog materijala ne ovisi samo o materijalu tog sloja i primijenjenoj mehanizaciji za zbijanje, nego u znatnoj mjeri i o deformacijskim sposobnostima podloge. Ako su deformacije podloge prevelike, moe se dogoditi, da se naneseni sloj ne moe zbiti na traenu vrijednost zbog toga jer podloga apsorbira energiju zbijanja. Ovaj je utjecaj vei i jasnije izraen na tlima, koja treba zbijati u

4

neznatnim visinama nasipnog sloja na mekanoj podlozi (prvi slojevi nasipa do posteljice, za nosive slojeve preko slabog nasipa ili usjeka i za slojeve za zatitu od smrzavice).

2.4. Ponaanje tla pri zbijanju

Bez obzira na postojee klasifikacije materijala tla, obzirom na razliita svojstva pri zbijanju tla se dijele u tri grupe:

krupnozrna, nevezana (nekoherentna) tla, sitnozrna, vezana (koherentna) tla, mjeovita tla, (mjeavina krupnozrnatih i sitnozrnatih).

Slika 2. Tlo prije i nakon zbijanja

TLO PRIJE ZBIJANJA NAKON ZBIJANJA

Nekoherentno

Koherentno

5

2.4.1. Krupnozrna, nevezana (nekoherentna) tla

Rahlo nevezano tlo zbija se djelovanjem vibracija. Uslijed vibracija gotovo nestaju sile unutranjeg trenja. Djelovanjem vlastite teine i djelomino prisutne teine stroja za zbijanje, tlo se poinje slagati. Manja zrna upadaju u upljine izmeu veih zrnaca. Dobivamo guu strukturu nevezanog materijala. Ako su vibracije prenesene na tlo od stroja za zbijanje vrlo velike, a iznad materijala koji vibrira nema teine (stroja ili materijala) da stvori tzv. prigueno titranje, materijal e se u gornjem sloju razrahliti, a katkada i segregirati. Optereenje se prenosi izravno trenjem sa estice na esticu. Priguenje i ublaavanje djelovanja vibracija vrlo je malo. Za nevezani materijal jaina vibracija (veliina amplitude) ima relativno malo znaenje pri zbijanju. Posljedica izravnog preuzimanja sile bez priguenja je vea dubina djelovanja strojeva za zbijanje. Sadraj vode relativno malo djeluje na deformacijske sposobnosti kao i na nosivost tla. Praktino su najmanje osjetljiva na vodu te poveanjem udjela sitnih estica, poveava im se osjetljivost na vodu. Moe se rei da kod ovih materijala voda uglavnom nema vei utjecaj na deformabilnost odnosno nosivost.

Za zbijanje nevezanih, nekoherentnih materijala vani su utjecajni initelji:

granulometrijski sastav materijala, oblik zrnaca, sadraj vode.

Najvaniji utjecajni initelj za zbijanje je njegov granulometrijski sastav. Kao mjera za granulometrijski sastav upotrebljava se koeficijent nejednolikosti U. Usko stupnjevana tla su tla sa zrncima priblino iste veliine te imaju malu vrijednost koeficijenta nejednolikosti U, dok iroko stupnjevana tla su tla sa razliitim veliinama zrnaca te imaju visoki koeficijent nejednolikosti U. iroko stupnjevana tla mogu se bolje zbijati od usko stupnjevanih. Uz istu energiju zbijanja sa iroko stupnjevanim tlima postie se vea suha prostorna teina.

6

S porastom gustoe:

poveava se posmina vrstoa,

smanjuje se deformabilnost tla, poveava se vrijednosti modula stiljivosti tla Ms, poboljava se otpornost zbijenog sloja na djelovanje gradilinog prometa.

Sastav zrnaca krupnozrnatih tla moe se mijenjati zbijanjem zbog razaranja slabijih pojedinanih zrnaca.

Mjera ovog smanjenja zrnaca ovisi o:

mineralokom sastavu i vrstoi zrnaca,

teini valjka ili vibrovaljka, veliini amplitude pri vibraciji.

U krupnozrnatim tlima nema sila kohezije. U dobro stupnjevanom tlu s dosta sitnijih estica moe se uz prisustvo vode javiti tzv. prividna kohezija. Oko sitnijih estica stvara se laan dojam, povezanosti materijala silama kohezije. Pojava je to vidljivija, to je materijal sitnozrnatiji. Saturacijom, ispunom svih upljina sitnog materijala vodom nestaje prividna kohezija, a materijal se pretvara u itku masu. Sposobnost preuzimanja optereenja nevezanog materijala sastoji se iz trenja izmeu pojedinih estica i prividne kohezije.

2.4.2. Sitnozrna, vezana (koherentna) tla

Slabijim vibracijama ne moe se svladati prisutna sila kohezije zbijanjem materijala. Treba dovoljno velika udarna sila stroja za zbijanje, dovoljno velika amplituda, odnosno dosta velika teina stroja za zbijanje tla. Vea teina stroja ima vee znaenje, nego na nevezanom zemljanom materijalu. Vezano tlo, koje sadrava glinu

7

koja ima pojedinane estice u obliku plosnatih listia ili sitnih kuglica, formira u prirodi raznoliku strukturu: lananu, mreastu, pahuljastu. Ovakva struktura vezanog tla upija (priguuje, amortizira) optereenja ili udarce izazvane strojem za zbijanje znatno bolje, nego nevezano tlo. Vezano tlo se osim toga znatno razlikuje od nevezanog u ponaanju uz vei ili manji sadraj vlage. Vezani zemljani materijal moe se zbijati samo dok mu je sadraj vode nii od granice teenja odnosno dok je relativno suh. U vezanom materijalu sila posmika ovisi o vlanosti, s time da s poveanjem vlanosti pada, a kod granice teenja praktino dosie vrijednost blizu nuli.

Drugim rijeima velik utjecaj na zbijanje vezanog materijala ima:

vlanost,

vei udari (amplitude), vea teina stroja.

Za zbijanje sitnozrnatih, vezanih (koherentnih) tla presudni su utjecajni initelji:

sadraj vode, plastinost,

sastav zrnaca.

U jedinici volumena radi vee specifine povrine zrnaca imaju znatno veu sposobnost absorpcije vode, kao i izraeniju meusobnu vezu pojedinanih zrnaca -koheziju. Svojstva zbijanja i deformabilnosti proporcionalna su sadraju vode i njihovim plastinim svojstvima. Porastom sadraja vode sitnozrnato tlo prelazi od vrstog, preko poluvrstog i mekanog u kaastu konzistenciju, uslijed ega se:

smanjuje njegova vrstoa, smanjuje prionljivost estica jedne uz drugu (kohezija), smanjuje nosivost, poveava se deformabilnost.

8

Razliite mogunosti vezanja vode sitnozrnih tla ovise o njihovoj plastinosti (razlika sadraja vode izmeu granica teenja i granice skupljanja). Vezana tla su pri zbijanju osjetljivija na promjene sadraja vode, ako im je plastinost manja. Porastom plastinosti tla, smanjuju se apsolutne vrijednosti postignute suhe gustoe, uz jednako utroenu energiju zbijanja. Porastom gustoe slaganja zrnaca u zbijenom tlu, pa i uz porast plastinosti smanjuje se propusnost tla, a time i mogunost primanja vode. Na taj se nain smanjuje opasnost da se tlo razmeka i nabubri.

Zbijanje sitnozrnatih tala mogue je zbog njihove relativno neznatne vodopropusnosti samo dok jo u tlu postoji dio zrakom ispunjenih pora. Tla blizu granice potpunog zasienja vodom mogu se zbijati samo ogranieno ukoliko se paralelno omogui:

izdvajanje vode iz tla - odvodnjom ili zraenjem, podizanje graninog sadraja vode - stabilizacijom dodatkom vapna.

Porastom vlanosti, openito pada nosivost. Ekonominije je zbijati vezani materijal uz jo maksimalnu moguu vlanost, pri kojoj se jo moe dobiti traena gustoa materijala. Stroj za zbijanje tada djeluje na veu dubinu (radi slabije nosivosti tla), pa tako zbija veu koliinu materijala tla.

2.4.3. Mjeovita (nekoherentna i koherentna) tla

Osim pijeska, ljunka i veeg kamenja sadravaju vezana sitna zrna mulja i gline. Tee je dati odreene karakteristike za zbijanje i to zbog nedefiniranosti postotka vezanog, odnosno nevezanog materijala u mjeavini. Moe se konstatirati da vibracije stroja trebaju imati vee amplitude (manji broj titraja). Osim toga, budui da za vezani materijal treba i vea teina (radi svladavanja sila kohezije), strojevi za zbijanje moraju biti i znatno tei. Ovisnost mogunosti zbijanja mijeanih materijala o vodi, uvjetovana je u prvom redu postotkom sitnih estica. to je vei postotak sitnih estica vea je i ovisnost o sadraju vode.

9

Na zbijanje mjeovitih tla, koja predstavljaju mjeavine krupnozrnatih nevezanih i sitnozrnatih vezanih materijala utjee:

odnos u mjeavini krupnijih i sitnih zrna, sadraj vode finih zrnaca, sastav i plastinost finih zrnaca.

Mjeovitim tlima pripadaju:

zaglinjeni pijesci i ljunci, vezana rastroena kamenita tla,

muljeviti, glinoviti pijesci i ljunci, otpaci iz kamenolama pomijeani s glinom, iskopi u mijeanom materijalu zemlja-kamen.

Svojstva zbijanja i deformabilnost odreeni su:

sadrajem vode i plastinou sitnih zrnaca, granulometrijskim sastavom i oblikom krupnih zrna, neposrednim odnosom mjeavine sitnih i krupnih zrna.

Postignuta suha prostorna teina raste pri istoj energiji zbijanja s poveanjem udjela krupnih zrna, a nakon izvjesne granice poinje padati, zbog nemogunosti krupnozrnatog materijal da ispuni sve upljine izmeu veih zrnaca. Sama krupnija zrna u jednom materijalu ne daju najveu suhu prostornu teinu iz razloga to izmeu zrna postoje velike upljine (pore). Najvie vrijednosti suhe prostorne teine postiu se pri udjelu finih zrnaca od 5 do 30%. Mjeavine tla s glatkim zaobljenim pojedinanim zrnima podatljivije su za zbijanje od mjeavina s grubim, hrapavim, uglatim pojedinanim zrncima, ali su deformabilnije i sklonije segregaciji.

3. METODE ZBIJANJA

Metode: Povrinsko (plitko) zbijanje Duboko zbijanje

Slika 3. Shematski prikaz povrinskog i dubokog zbijanja

Opi aspekti dubokog i povrinskog (plitkog) zbijanja

Zemljani i drugi zrnati materijali mogu se zbijati na vie naemo odabrati ovisi o cilju zbijanja, o svojstvima materijala koji se zbija, o opremi zazbijanje, o rokovima grazbijanja: statiko, vibracijsko, oscilacijsko, kruno, gnjeeksplozivno, kombinirano.ciklino, isprekidano, povremeno. Osim toga ti se postupci mogu provoditi pri razliitim stanjima naprezanja (malo srednje ili veliko naprezanje) i uz nanoenje razliite energije (mala, srednja ili velika vrijednost) to takoprimjer, anizotropno ponaanje zbijenih slojeva i omjer izmeenergije, vrijednosti naprezanja te naravno i o parametrima zemljanog ili drugog zrnatog materijala.

3. METODE ZBIJANJA

Povrinsko (plitko) zbijanje


aspekti dubokog i povrinskog (plitkog) zbijanja

Zemljani i drugi zrnati materijali mogu se zbijati na vie naina, a postupak koji emo odabrati ovisi o cilju zbijanja, o svojstvima materijala koji se zbija, o opremi za

graenja, o ugovorenoj cijeni itd. Primjenjuju se ovi postupci ko, vibracijsko, oscilacijsko, kruno, gnjeenjem, tla

eksplozivno, kombinirano. Ti se postupci mogu provoditi kao zbijanje: kontinuirano, o, povremeno. Osim toga ti se postupci mogu provoditi pri

itim stanjima naprezanja (malo srednje ili veliko naprezanje) i uz nanoenje ite energije (mala, srednja ili velika vrijednost) to takoer utje

ponaanje zbijenih slojeva i omjer izmeu, vrijednosti nanesene energije, vrijednosti naprezanja te naravno i o parametrima zemljanog ili drugog

10


ina, a postupak koji emo odabrati ovisi o cilju zbijanja, o svojstvima materijala koji se zbija, o opremi za

Primjenjuju se ovi postupci enjem, tlano, udarno,

Ti se postupci mogu provoditi kao zbijanje: kontinuirano, o, povremeno. Osim toga ti se postupci mogu provoditi pri

itim stanjima naprezanja (malo srednje ili veliko naprezanje) i uz nanoenje er utjee na rezultate. Na

u, vrijednosti nanesene energije, vrijednosti naprezanja te naravno i o parametrima zemljanog ili drugog

11

4. POVRINSKO (PLITKO) ZBIJANJE

Plitko ili povrinsko zbijanje jedna je od najstarijih metoda poboljanja svojstava tla. Obzirom na dugu primjenu ove metode postoji veliki raspon mehanizacije, koja se razlikuje po veliini, obliku i nainu rada. Povrinsko zbijanje svakako je glavno podruje zbijanja zemljanih i zrnatih materijala u slojevima.

Kvalitetno zbijanje trai se za:

ceste i autoceste,

eljeznice, uzletno-sletne staze, zrane luke,

parkiralita,

savitljive temelje na zrnatom materijalu (npr. za spremnike), plitke temelje na zamijenjenom tlu, nasipavanje iza objekata (zidovi, potporni objekti, upornjaci na mostovima), zatrpavanje jaraka (naroito jaraka za vodoopskrbne sustave), potporne konstrukcije (npr. armirano tlo), ispune na objektima (npr. reetkasti zid od montanih elemenata), nasipe za prometnice, nasipe za zatitu od poplave, zemljane brane i brane od kamenog nasipa za hidroelektrane, nasipe za zatitu od odrona kamenja, klizanja tla i lavina, nasipe za industrijski mulj, zamjenske nasipe i potporne nasipe na pokosima (poveanje stabilnosti pokosa), brtvene slojeve na odlagalitima otpada.

U odnosu na nain djelovanja razlikuju se:

strojevi za zbijanje sa statikim djelovanjem strojevi za zbijanje sa dinamikim djelovanjem

12

4.1. Strojevi za zbijanje sa statikim djelovanjem

4.1.1. Jeevi

Openito:

Jeevi su vrsta strojeva za zbijanje. Meu prvima su se pojavili za zbijanje nasipnog materijala, a djeluju vlastitom teinom - gnjeenjem materijala. Pogodni su za zbijanje koherentnog materijala, pa se za takav materijal iskljuivo i rabe. Mogu biti vueni ili samohodni. Kreu se brzinom od 4 do 5 km/h. Sila pritiska bodlja jea iznosi 150 - 400 N/cm2. Naziva se jo i kao valjak sa ovjim nogama.

Konstrukcija:

Je se sastoji od glatkog valjka, savijenog od lima debljine I5-30 mm, postrance zatvorenog. Po obodu valjka rasporeene su bodlje konusnog oblika ili oblika ovje noge sa svrhom da pri valjanju prodire u nasuti sloj te da ga ponu nabijati u donjem dijelu. Visina bodlje iznosi 18 do 23 cm, a na etvorni metar dolazi 10 do 12 bodlja.

Podjela jeeva prema ukupnoj masi je sljedea:

jeevi srednje teine od 2 do 4 t, teki jeevi od 8 do 14 t, specijalni jeevi (velikih dimenzija) od 60 do 100 t.

Primjena:

Prilikom valjanja jeeve najee grupiramo po dva, tri ili ak etiri komada zajedno. Tako grupirani imaju mogunost prilagoavanja neravninama na nasipu. Ako nisu samohodni, jeeve vuku traktori gusjeniari. Koriste se posebno za zbijanje glinovitih materijala. Traktori kojima se vuku jeevi imaju obino snagu od 35 do 50 kW. Debljina nasutog sloja smije biti najvie 1,2 visine bodlje jea kojim se nabija sloj.

13

Za potrebnu nabijenost nekog sloja je mora prijei 10 do 12 puta uz pretpostavku da je nasipni sloj optimalno vlaan i da veliina bodlja odgovara debljini sloja. Znakovito je da je nabija nasipni sloj od donjeg dijela prema gore. Teina jea poveava se tako da se u upljinu unutar plata valjka stavlja voda, odnosno pijesak za jo veu teinu. Postoje jeevi koji umjesto savijenoga limenog plata imaju plat od reetke. Njih se esto optereuje zbog vee teine betonskim blokovima. Koriste se za koherentne materijale. Efikasnost jea potie otuda da se pri kotrljanju cjelokupna njegova teina koncentrira na razmjerno malu povrinu gaenja nogama du jedne izvodnice. Poto valjak tone u svjee nasuti sloj za visinu svoje noge, prvo se zbijaju najnie estice sloja, pa postupno one gornje. Sloj je nabijen kada se valjak kotrlja po njemu bez upadanja nogu. Brzina pri valjanju, ukoliko je u razumnim granicama, nema utjecaja na kvalitetu zbijanja. Vuna sila za kretanje odreenog valjka zavisi od tla koje se zbija, kako i od brzine kretanja.

Slika 4. Je

Praktini uinak:

v radna brzina jea (km/h) d - debljina sloja nakon zbijanja (m)

d'- debljina sloja prije zbijanja (m) b - korisna irina jea (m) n - broj prijelaza jea Kv- koeficijent iskoritenja radnog vremena

14

4.1.2. Valjci s glatkim elinim kotaima

Openito:

Usporedno s jeevima pojavili su se i valjci s glatkim elinim kotaima, a pripadaju u vrstu graevinskih strojeva koji djeluju vlastitom teinom, odnosno statiki. Valjci su strojevi za zbijanje valjanjem veih masa zemljanih, kamenih vezivom stabiliziranih materijala, krupnozrnih betona (tzv. valjani betoni), kao i asfaltnobetonskih povrina. Mogu biti vueni valjci i samohodni valjci. Prvi valjci bili su na parni pogon, a danas su uglavnom na motorni pogon sa hidraulikim sistemom za kontrolu upravljanja.

Konstrukcija:

Sastoje se od okvirnog postolja koje se nalazi na irokim glatkim elinim kotaima. Na postolju je kuica te ureaj za upravljanje i pogon, pa su to preteito samohodni valjci. Pogon je motorni, najee dizel ali moe biti i benzinski. Upravljanje prednjim kotaem je hidrauliko. Pogon je najee na zadnjim kotaima. Mogu biti: laki, srednji i teki valjci.

Dijelimo ih na:

valjak s jednim prednjim glatkim elinim kotaem i dva stranja glatka elina kotaa koji su ujedno i pogonski,

valjak s jednim prednjim i jednim stranjim irokim glatkim elinim kotaem, koji se jo naziva tandem-valjkom ( pogodan za zavrne slojeve asfalt ).

Primjena:

Koriste se za nabijanje kamenih podloga krupnijih granulacija, a osobito za zavrnu obradu ve nabijenih nasutih slojeva. Znaajka je tih strojeva da im pritisak naglo opada od povrine prema donjim dijelovima sloja, dakle, suprotno od jeeva. Zato

15

se ti valjci koriste za povrinska nabijanja ili za nabijanja u slojevima od 10 do najvie 20 cm debljine.

Valjci s dva elina kotaa (tandem-valjci) koriste se za zaglaivanje zavrnih povrina jer ne ostavljaju uzdune tragove, kao to je to esto u valjaka s tri elina kotaa, pa su pogodni za valjanje asfaltnih slojeva. Nedostatak je tog valjka to moe prouzroiti valove ako se naglo zaustavlja i naglo pokree, ili ako ga se nakon zaustavljanja dulje zadrava na jednome mjestu. Za svaku tonu mase valjka potrebna je snaga motora od 1,4 do 2,8 kW. Sila pritiska po dunom centimetru dodirne crte koju ini irina elinoga kotaa i tla iznosi za male valjke 200 do 400 N, a za velike valjke 800 do 1000 N. Da bi se dobila potrebna zbijenost, potreban broj prijelaza je 6 do 8 po istom prolazu. Da bi se dobio vei tlani pritisak, prostori unutar plata elinoga kotaa valjaka mogu se puniti vodom. Proraun planskog uinka valjaka s glatkim elinim kotaima utvruje se isto kao i u jea.

STATIKO ZBIJANJE

Zbija uz pomo vlastite mase i u tankim slojevima

Ograniena dubina djelovanja

Primjenjuje se za zavretak valjanja

asfalt (fini) asfalt (grubi) pjeskoviti ljunak

Slika 5. Statiko zbijanje tla valjkom sa glatkim elinim kotaima

16

Slika 6. Valjak s glatkim elinim

kotaem

4.1.3. Valjci na pneumaticima

Openito:

Valjci na pneumaticima (kotaima s gumama) pripadaju u skupinu strojeva koji nabijaju vlastitom teinom, uz dopunsko elastino djelovanje guma koje stvaraju bone sile te pospjeuju konsolidaciju nasipnog materijala. Jedna od glavni prednosti ovih valjka je finoa rada i brzina zbijanja bez udara. Valjci na kotaima s gumama mogu biti vueni ili samohodni.

Konstrukcija:

Valjci na kotaima sastoje se od elinog sanduka, koji lei na veem broju guma ispunjenih zrakom. Sanduk se optereuje, vodom, pijeskom ili utezima. Da bi se osiguralo podjednako prenoenje optereenja na tlo treba postojati ureaj za jednaku raspodjelu tereta na sve kotae, bez obzir po kakvom se terenu kreu.

Praktini uinak

v radna brzina valjka (km/h) d - debljina sloja nakon zbijanja (m) d'- debljina sloja prije zbijanja (m) b - korisna irina valjka (m)

n - broj prijelaza valjka Kv- koeficijent iskoritenja radnog vremena

17

Valjci na pneumaticima dijele se na:

vuene jednoredne valjke velike mase od 60 do 100 t, vuene dvoredne valjke mase do 15 t, samohodne valjke mase od 15 do 40 t.

Primjena:

Slui za zbijanje asfaltnobetonskih povrina, zatim tanjih slojeva praha ili gline, konstrukcija od kamene sitnei pribline veliine i granulometrijskog sastava. Najee se primjenjuje pri izgradnji cesta, nasutih brana i aerodromnih pista. Uobiajeni broj prelazaka preko jedne trake je od 6 do 10 prijelaza. Faktori koji utjeu na debljinu sloja su optereenje po jednom kotau kao i pritisak zrak u gumama. Kod iste teine valjka, zbijanje e biti vee ukoliko je pritisak u gumama vei. Moe osim statikog naina zbijati i putem vibracija. Ima nekoliko pneumatika ispred i iza, iji se tragovi djelomino preklapaju. Traeni parametri zbijanja postiu se promjenom mase valjka, broja prijelaza ili frekvencije vibriranja. Djelovanje takvih valjaka je povrinsko, iako dublje od glatkih statikih valjaka. Vueni valjci imaju sanduk koji se puni prirunim zemljanim materijalom radi vee teine, a koriste se za valjanje nasipnog materijala, napose niih slojeva u nasipu, tj. pri grubljim zemljanim radovima. Samohodni se koriste za zavrne slojeve.

Efekat rada na zbijanju zavisi od tri osnovna parametra:

optereenje po kotau. geometrija kotaa i pritisak zraka. broj prelazaka.

18

STATIKO ZBIJANJE

Zbijanje se vri uz pomo vlastite teine i pritiska u kotaima

Kljuni parametri su pritisak u gumama i teina tereta valjka

Kontaktni tlak je izmeu 0,20 do 0,80 MPa

asfalt pijesak

Slika 7. Statiko zbijanje tla valjkom na pneumaticima

Slika 8. Valjak na pneumaticima

Up =v d b

n Kv

d = 0,65 d

Praktini uinak



19

4.2. Strojevi za zbijanje sa dinamikim djelovanjem

4.2.1. Vibro valjci

Openito:

Vibro valjci su se pojavili tek godine 1950. Djeluju na tlo vlastitom teinom statiki, a zbog vibracija i dinamiki. Zbog dinamikog djelovanja teina ovih valjka moe biti znatno manja od teine valjka koji djeluju samo statiki. Vibro valjci vibriraju bez odskoka, odnosno neprekidno ostajui u prisnom dodiru sa zbijajuom masom. Mogu biti vueni i samohodni.

Konstrukcija:

Osnovni element vibro valjaka je vibrator koji, ovisno o konstrukciji, moe stvarati krune ili okomite vibracije. Vibro valjci mogu biti runi sa jednim ili dva cilindra, samohodni sa dva tandem cilindra i vueni sa jednim ili dva cilindra. Kod tandem valjka, samo jedan cilindar vibrira dok drugi djeluje statiki i za upravljanje. U asiji valjka smjeten je sistem za pogon pobuivaa vibracija za koji se koristi dizelski ili benzinski motor. Teina vibro valjaka kree se od 0,34 t za lake valjke do 5 t za tee valjke, a mogu biti i konstrukcije kao i glatki valjci.

Primjena:

Primjena vibrao valjaka je prvenstveno za zbijanje nevezanih materijala, iako daju dobre uinke i kod valjanja slabo koherentnih materijala. Vibracijama se, u odnosu na masu, djelovanje viestruko poveava (5 do 7 puta). Vibriranje ne treba koristiti na samom poetku zbijanja i pri okretanju stroja jer se time stvaraju valovi na jo mekom i svjee nasutom sloju. Frekvencija vibracija iznosi od 20 do 75 Hz (broj vibracija u sekundi), a vibriranjem se postie da se u nasipnom materijalu za vrijeme vibracija smanjuju kohezijske sile i trenje, pa se estice materijala slau u slobodne prostore

20

stvarajui tako najveu moguu gustou u nasipnom materijalu. Amplituda je veliina za koju se vibrirajua masa pomie gore-dolje od neke nulte crte. to je vea masa koja vibrira, kao i amplituda, to je i dubina nabijanja vea.

DINAMIKO ZBIJANJE

Zbija na principu statikog djelovanja i dinamike energije

Kljuni parametri su vibraciona masa, statiki teret, amplituda i frekvencija

Zbija na principu statikog djelovanja i dinamike energije

pjeskoviti ljunak

Slika 9. Dinamiko zbijanje tla vibro valjkom

Slika 10. Vibro valjak

Up =v d b

n Kv

d = 0,65 d

Praktini uinak:



PRIMJENA VIBRO VALJAKA

Tablica 1.

PRIMJENA VALJAK

kamenje

glina

ljunak

pjeskoviti ljunak

pijesak

asfalt

asfalt

KLJUNI PARAMETRI KOD ZBIJANJA VIBRO VALJKOM

masa stroja

2,5 -26 t

2 -13 t ljunak asfalt

PRIMJENA VIBRO VALJAKA

VALJAK PRITISAK kg/cm2

AMPLITUDA mm

FREKVENCIJA

30

1,5

28 - 35

10

0,4

28 - 60

10 - 30

0,35 - 0,9

0,5

30 - 60

40 - 60

PARAMETRI KOD ZBIJANJA VIBRO VALJKOM

statiko linearno vibracijska amplituda frekvencija optereenje masa

10 - 80 kg/cm 0,5 - 6,5 t 0,7 -2,5 mm 28

10 - 30 kg/cm 0,5 - 2,5 t 0,2 -

Slika 11. Parametri vibro valjka

21

FREKVENCIJA BRZINA VALJANJA

1 - 2,5

2 - 4

2 - 4

2 - 6

ko linearno vibracijska amplituda frekvencija

2,5 mm 28 - 40 Hz

- 0,9 mm 30 - 60 Hz

22

4.2.2. Vibro jeevi

Openito:

Vibro jeevi su strojevi koje se koriste za zbijanje tla koristei dinamiko djelovanje. Predstavljaju modifikaciju valjka sa ovijim nogama (jea). Najee se izvode kao vueni, a mogu biti i samohodni.

Konstrukcija:

Vibro jeevi opremljeni su irokim bodljima i ureajem za izazivanje frekvencija. Za pogon pobuivaa vibracija koriste se dizelski ili benzinski motor i cijeli sistem je smjeten u asiji valjka. esto se izvodi konstrukcija vunog elementa kod kojeg se mogu mijenjati valjci tako da stroj moe raditi kao vibro valjak ili vibro je. Vibrirajua masa i amplituda mogu varirati tako da se za koherentno tlo dobije optimalono zbijanje.

Primjena:

Primjenjuju se za zbijanje nekoherentnih i slabokoherentnih materijala, te zbijanje jako ljepljivih materijala i ljepljivih materijala sa visokim sadrajem vode. U zavisnosti od vrste materijala postiu se debljine zbijanja do 60 cm. Sposobnosti savladavanja strmina su do 45%. Debljina nasutog sloja mora biti jednaka duini noge, i nikako ne smije prijei 20% preko te debljine. Efikasnost jea postie se pri kotrljanju cjelokupne njegove teine koncentrirane na razmjerno malu povrinu gaenja nogama du jedne izvodnice. Poto valjak tone u svjee nasuti sloj za visinu svoje noge, prvo se zbijaju najnie estice sloja, pa postupno one gornje. Debljina pojedinih slojeva nasutih za nabijanje ne treba biti via od visine nogu, ak treba biti i malo nia od njih. Sloj je nabijen kada se valjak kotrlja po njemu bez upadanja nogu.

23

Slika 12. Vibro je

4.2.3. Vibro nabijai

Openito:

Vibro nabijai se samostalno kreu uslijed inercije prouzroene vibracijom, uz istodobno runo usmjeravanje. Nazivaju se i stupnim nabijaima, jer u radu imaju uspravan poloaj kao stup.

Konstrukcija:

Udarna ploa veliine 20x20 cm (D=20cm), pa sve do 80x80 cm (D=80 cm). Teina kompletnog ureaja 1 - 5 kN. Snaga pogonskog motora 1,5 - 3 kW.

Primjena:

Primjena u vrlo skuenom prostoru. Konstrukcija, nain djelovanja i gabariti nabijaa to omoguuju. S obzirom na odskok (10 do 20 cm) i teinu, udarna sila koja se dobije je 40 do 130 kN. Dubina djelovanja 40 do 100 cm. Prilikom rada, zbog

Up =v d b

n Kv

d = 0,65 d

Praktini uinak:

v radna brzina vibro jea (km/h) d - debljina sloja nakon zbijanja (m) d'- debljina sloja prije zbijanja (m) b - korisna irina jea (m)

n - broj prijelaza vibro jea Kv- koeficijent iskoritenja radnog vremena

24

ekscentrino postavljene opruge, ploa sama putuje brzinom 10 do 15 m/min. Pravac i brzinu putovanja/zbijanja odreuje rukovalac, putem rukohvata i komandi za rad motora.

Slika 13. Vibro nabija

4.2.4. Vibro ploe

Openito:

Vibro ploe su graevinski strojevi koje se koriste za zbijanje podloge od rastresitih, nekoherentnih materijala - pjeska, ljunka, zemlje i sl. Radna irina ovih strojeva kree se od 60 do 90 cm, zavisno od modela, a radna brzina se kree od 15 do 20 m/min. Mogu savladati uspone ak do 25 %, te se mogu kombinirati dvije i vie ploa u radu, a da njima upravlja jedan rukovalac.

U =60

Praktini uinak:

n- broj udara nabijaa u minuti b- korisna irina vibro nabijaa h- debljina zbijenog sloja m- potreban broj prijelaza Kv- koeficijent iskoritenja radnog vremena

25

Konstrukcija:

Vibro ploe se sastoje od temeljne eline ploe na koju je smjeten pogonski motor odgovarajue veliine, te sklop s ekscentrom koji izaziva vibracije. Povrina ploe kod najlakih vibro ploa je 0,15 m2, a kod najteih 1,2 m2, dok im je vlastita pokretljivost od 12 do 25 m/min. Vibro ploe koriste motor s unutranjim sagorijevanjem (benzin, nafta). Imaju ugraen vibrator sa frekvencijama koje se kreu od 40 do 80 Hz i tako su konstruirani da se u toku rada sami kreu naprijed (poskakuju), tako da je potreban netko da odrava pravac kretanja, to se postie upravljaem. Masa vibro ploa kree se od 200 do 800 kg.

Primjena:

Koriste se za zbijanje slojeva od 40 do 80 cm, a najbolje djelovanje postiu u donjem djelu sloja. Vibracije se prenose preko eline ploe na nasipni materijal, a proizvode 600 do 2000 udaraca u minuti, uz udarnu silu od 3,5 do 20 kN. Ako se vibro ploe kreu samo u jednom smjeru, nazivamo ih neverzibilnim vibro ploama, a ako se kreu naprijed-natrag reverzibilnim ploama.

DINAMIKO ZBIJANJE

neverzibilna vibro ploa reverzibilna vibro ploa

Koristi se za tanke slojeve granuliranog materijala te

bitumirane materijale

Zbijanje se vri pomou dinamike energije, kljuni parametri su

teina stroja, amplituda i frekvencija

Koristi se za tanke slojeve granuliranog materijala te

mijeanih tla

ljunak

Slika 14. Dinamiko zbijanje vibro ploom

26

Slika 15. Vibro ploa

Optimalne veliine debljine slojeva za zbijanje

Tablica 2.

STROJ

TIP

MASA t

DEBLJINA SLOJEVA m kamen

ljunak

mjeovito tlo

glina

BW 80 AD-2 BW 90 AD-2 BW 900-2 BW 80 ADH-2 BW 80 ADS BW 100 ADM-2 BW 100 AD-4 BW 120 AD-4 BW 125 ADH BW 135 AD BW 138 AD BW 141 AD-4 BW 141 AD-4-AM BW 151 AD-4 BW 151 AD-4-AM BW 161 AD-4 BW 161 AD-4-AM BW 161 ADH-4 BW 202 AD-4 BW 202 AD-4-AM BW 202 AHD-4 BW 90 AC-2 BW 100 AC-4 BW 120 AC-4 BW 138 AC

1,5 1,5 1,3 1,6 1,6 1,6 2,5 2,7 3,4 3,6 4,2 8,0 8,6 8,3 8,9

10,1 10,5 10,7 11,8 12,2 13,0 1,7 2,3 2,5 4,0

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,25 0,25 0,20 0,25 0,20 0,25 0,30 0,30 0,30 0,30 0,35 0,40 0,50 0,40 0,50 0,40 0,50 0,40 0,50 0,50 0,50 0,20 0,25 0,25 0,35

0,20 0,20 0,15 0,20 0,15 0,20 0,25 0,25 0,25 0,25 0,30 0,30 0,40 0,30 0,40 0,30 0,40 0,30 0,40 0,40 0,40 0,15 0,20 0,20 0,30

0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,15 0,15 0,15 0,15

BW 24 RH** BW 27 RH**

10-24 14-27

-

-

0,30 0,40

0,25 0,30

0,20 0,30

U =U

n d K

Praktini uinak:

d - debljina sloja koji se zbija n - broj prelazaka ploe preko istog mjesta Kv - koeficijent iskoritenja radnog vremena Ut teorijski uinak

27

Tablica 3.

Volumni uinak strojeva za zbijanje Tablica 4.

STROJ

TIP

MASA t

VOLUMINI UINAK m3/h kamen

ljunak

mjeovito tlo

glina

BW 124 DH-3 BW124 PDH-3 BW 145 D-3 BW 145 DH-3 BW 145 PDH-3 BW 177 D-4 BW 177 DH-4 BW 177 PDH-4 BW 177 DH-4 BVC BW 179 DH-4 BW 179 PDH-4 BW 211 D-4 BW 211 PD-4 BW 213 D-4

3,3 3,4 5,0 5,1 5,2 7,2 7,4 7,6 7,8 9,0 9,1 11,0 11,9 12,5

-

-

-

-

-

-

-

-

370-740 370-740 370-740 400-800 400-800 470-940

105-210 105-210 160-320 160-320 160-320 210-420 210-420 210-420 240-480 240-480 240-480 270-540 270-540 300-600

75-150 75-150 120-240 120-240 120-240 160-320 160-320 160-320 190-380 190-380 190-380 220-440 220-440 240-480

40-90 50-100 60-120 60-120 80-160 70-140 70-140 95-190 95-190 95-190 140-280 110-220 160-320 120-240

STROJ

TIP

MASA kg

DEBLJINA SLOJEVA m kamen

ljunak

mjeovito tlo

glina

BT 60/4 BT 65/4 BT 80 D

62 68 81

-

-

-

0,35 0,40 0,40

0,30 0,30 0,30

0,25 0,25 0,25

BP 6/30 BP 8/34 BP 10/36-2 BP 18/45-2 BP 18/45 D-2 BP 25/48 BP 25/48 D

46 54 83 91

104 138 150

-

-

-

-

-

-

-

0,15 0,20 0,20 0,25 0,25 0,30 0,30

0,15 0,20 0,20 0,20 0,20 0,25 0,25

-

-

-

-

-

0,15 0,15

BPR 25/45-3 BPR 25/45 D-3 BPR 30/38-3 BPR 30/38 D-3 H BPR 40/45 D-3 H BPR 45/55 D BPR 50/52 D-3 H BPR 55/65 D BPR 65/52 D-3 BPR 65/70 D

112 132 215 232 348 375 513 408 545 575

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,35

0,30 0,30 0,30 0,30 0,35 0,35 0,40 0,40 0,40 0,45

0,25 0,25 0,25 0,25 0,30 0,30 0,30 0,35 0,30 0,40

0,15 0,15 0,15 0,15 0,20 0,25 0,20 0,25 0,20 0,30

BPR 75/60 D-3 BPR 75/60 HD-3* BPH 80/65 S BPH 80/65

745 771 740 780

0,50 -

0,50 0,50

0,60 0,70 0,60 0,60

0,40 0,50 0,40 0,40

0,25 0,30

-

-

28

BW 213 DH-4 BW 213 PDH-4 BW 213 DH-4 BVC BW 213 DH-4 BVC/P BW 214 DH-4 BW 214 PDH-4 BW 216 D-4 BW 216 DH-4 BW 216 PDH-4 BW 219 DH-4 BW 219 PDH-4 BW 226 PDH-4 BW 226 DH-4 BW 225 D-4 BVC

12,7 13,1 14,9 14,8 14,4 14,8 15,7 16,6 17,0 19,2 19,7 24,8 25,2 25,8

530-1060 530-1060 700-1400 700-1400 590-1200 590-1200 650-1200 700-1400 470-940

940-1880 940-1880 1180-2120 1180-2120 1180-2120

360-720 480-960 480-960 420-840 420-840 450-920 480-960 480-960

700-1400 700-1400 880-1750 360-720

980-1800 360-720

270-540 270-540 360-720 360-720 300-600 300-600 340-680 360-720 360-720 560-960 560-960

680-1200 270-540

700-1350

180-360 210-420 210-420 210-420 180-360 210-420 210-420 210-420 250-500 250-500 280-560 385-770 350-700 385-770

BW 6 BW 6 S

5,9 6,8

470-940 700-1400

360-720 880-1750

270-540 680-1200

180-360 210-420

Izbor strojeva za zbijanje prema svojstvima tla

Tablica 5.

Materijal, tlo Optimalna vlanost [%]

Redosljed strojeva zbijanja tla prema povoljnosti

granulacijski materijal

7 15 Vibro valjak Pneumatski valjak Glatki valjak

granulacijski materijal sa zemljom

9 18 Vibro valjak Pneumatski valjak Glatki valjak

fini isti pijesak 9 15 Pneumatski valjak Glatki valjak

praina

10 20 Valjkasti je Pneumatski valjak Glatki valjak

elastina praina

10 35 Valjkasti je Vibro valjak Pneumatski valjak Glatki valjak

prainasta glina, ilovaa

10 30 Valjkasti je Pneumatski valjak Glatki valjak

elastina plastina glina, glina

20 35

15 35

Valjkasti je Vibro valjak Pneumatski valjak Glatki valjak

29

Tablica 6.

IZBOR I PRIMJENA STROJEVA I OPREME ZA ZBIJANJE KAMENIH I ZEMLJANIH GRADIVA

Vrsta gradiva

stroj

Organski materijal (humus)

Zemljani materijal (tla)

ljunci drobljenci (dobro minirana stijena)

praina

glina

kredna tla

glinoviti pijesci

isti loe graduirani

pijesci

isti dobro graduirani

pijesci

loe graduirani

ljunci

dobro graduiran

ljunci

vrlo krupni komadi ljunka

1.statiki glatki valjak

mogua uporaba za svakodnevno zatvaranje i glaenje nakon glavnog zbijanja

neuinkoviti nikako ili slabo

uinkoviti razmjerno uinkovit

nikako ili slabo

uinkovit

neuinkovit

2. vibro je

mogua uporaba

dobro prilagoen i

uinkovit

razmjerno ili slabo uinkovit

prilagoen, razmjerno uinkovit

neuinkovit odnosno neuporabljiv slabo uinkovit

slabo prilagodljiv

neuporabljiv

3. valjak na pneumaticima

mogua uporaba

vrlo uporabljiv odnosno dobro prilagodljiv

razmjerno uinkovit

dobro prilagodljiv

neuinkovit

4. vibro valjak glatki

mogua uporaba za svakodnevno zatvaranje i glaenje nakon glavno zbijanja

dobro do prilino dobro prilagodljiv

razmjerno uinkovit

dobro prilagodljiv

kad je teak vrlo je

uinkovit

5. vibro ploa

izbjegavati uporabu mogua uporaba

dobro do prilino dobro prilagodljiva

razmjerno uinkovita

dobro prilagodljv

teka vrlo uinkovita

6. vibro nabija

mogua uporaba izbjegavati uporabu

mogua uporaba

neuinkovit prilino dobro prilagodljiv

slabo prilagodljiv

prilino prilagodljiv

30

5. DUBOKO ZBIJANJE

Dubinsko zbijanje se primjenjuje pri dinamikoj konsolidaciji veih i dubljih prostora kohrenetnog ili nekoherentnog osobito aluvijalnog tla gdje zadana dubina konsolidacije prelazi tehnike mogunosti uobiajenog povrinskog zbijanja valjcima.

Uspjenost primjene ovisi o:

vrsti tla (granulometrijski sastav, postotak sitnih estica), stupnju zasienosti i RPV, poetnoj gustoi tla, in-situ stanju naprezanja, strukturi tla.

Dubinsko zbijanje moe se izvoditi kao:

dubinsko zbijanje tla udarom ili dinamika konsolidacija tla, vibracijsko zbijanje ili vibroflotacija tla.

5.1. Dinamika konsolidacija tla

Mogue je provoditi u svim vrstama tla u uem smislu (drobljeni kamen, pijesak i ljunak, uta kao obliku graevnog otpada, glina, treset, sipki ili tekui pijesak i sl.). Ovaj nain dinamikog zbijanja tla poboljava njegovu nosivost 2 do 4 puta, smanjuje stiljivost 80 90 %, a poveava modul elastinosti 3 do 8 puta.

Dubinsko zbijanje tla udarom izvodi se slobodnim padanjem odreene mase, oblika okrugle ili pravokutne ploe od eljeza ili betona, sa vee visine na tlo. Nakon pada u tlu ostaju manji krateri koji se kasnije, radi izravnanja povrine terena, zapunjavaju dodatnim sipkim gardivom te zbijaju uobiajenim vibro-valjcima. Visina padanja mase

31

je od 15 m (optimalno) do 40 m, a ostvarena dubina zbijanja od 10 m do 30 m. Masa koja pada moe biti do 40 tona. Povrina udara mase kojom se zbija nema veliki utjecaj na dubinu zbijanja ali ima utjecaj na broj udara na jednom mjestu. Ako je povrina premala onda masa vie tone pa je potrebna vea snaga i dulje vrijeme za njezino izvlaenje. Ako je prevelika onda se ne postie dovoljno veliki tlak da tlo prijee u plastino stanje. Iskustvo pokazuje da se optimalne povrine udara mase kreu izmeu 3 i 6 m2 za mase 8 do 16 t. Moebitni uinci ovog naina dinamikog zbijanja tla bili bi primjerice, prema jednom izvoru, od 5.000 do 10.000 m2 mjeseno.

Slika 16. Dubinsko zbijanje tla udarom

Dubina do koje se ostvaruju efekti zbijanja procjenjuje se prema izrazu:

= , pri emu je:

W - teina utega ( t ) H - visina padanja ( m) n - iskustveno 0,5

32

Na uinak dubinskog zbijanja udarom osobito utjee:

koliina mase koja pada, povrina udara mase koja pada, visina pada mase, raspored mjesta udara po predvienom podruju sabijanja tla udarom, vremenski razmak izmeu udara, broj (serija) udara na jednom mjestu sabijanja, vremenski razmak izmeu prijelaza na novo mjesto zbijanja udarom.

Raspored mjesta udara se odreuje pokusnim zbijanjem, utvrivanjem podruja utjecaja udara odnosno povrine kratera koju ini udubljenje i okolno izdignue tla. Broj udara na svakom mjestu odreuje se pokusnim zbijanjem, mjerenjem dubine i promjera kratera kao i gustoe tla nakon zbijanja. Vremensko razdoblje uvjetovano je uglavnom brzinom dizanja mase i vremenom njezinog pada. Kod tla glinovitog porijekla, uslijed stvaranja dodatnih pornih tlakova prilikom zbijanja, potrebno je dulje vrijeme da ovi pritisci nestanu, to okvirno prema iskustvima traje do oko 2 minute. Ovo se vrijeme moe smanjiti ako se zbijanje izvodi u okviru prostora terena koji se na neki nain prethodno drenira. Meutim, valja istaknuti kako brizina udaranja odnosno manje vrijeme ciklusa izvedbe udara ima vei utjecaj na zbijanje nego koliina mase koja pada.

33

Slika 17. Dubinsko zbijanje tla udarom na terenu

5.2. Vibroflotacija tla

Primjenjuje se ve od tridesetih godina prolog stoljea u sluaju potrebe dubinskog zbijanja uglavnom nekoherentnih aluvijalnih tala graenih od ljunka promjera zrna od 2 mm nadalje ili mjeavina pijeska, ljunka i djelomice gline, primjerice zaglinjenih ljunaka i pjeskovitih glina. Mogu se donekle uspjeno vibracijski zbijati takoer prainasti pijesci i pijesci promjera zrna od 0,6 do 2 mm. Pri zbijanju pijesaka ubacuje se ljunak kao ispuna koji se vibrira istovremeno i zajedno sa pijeskom. Dubina do koje se primjenjuje je do 35 m. Brzina penetriranja ovisi o vrsti tla, teini vibracijskog ureaja i parametrima vibriranja. Penetracija moe biti potpomognuta vodom ili zrakom pod pritiskom. Uobiajeno dubinski vibrator ima duinu od 3 do 5 m, te masu od 2 t. Najbolji rezultati postiu se u rahlim pijescima. Metoda nije primjenjiva u glinama. Krater koji nastaje na povrini terena kao posljedica dubinskog zbijanja ispunjava se pijeskom ili mjeavinom pijeska i ljunka. Uspjenost ovog postupka poboljanja tla takoer ovisi o granulometrijskom sastavu tla. Na slici

34

18. prikazane su zone na granulometrijskom dijagramu unutar kojih se moe primijeniti dubinsko vibracijsko zbijanje sa punjenjem ljunanim odnosno kamenim materijalom. Iz dijagrama je vidljivo da se ova tehnologija moe primijeniti u vrlo irokom rasponu.

Slika 18. Podruja primjene vibroflotacije zavisno od granulometrijskog sastava tla

Nain izvoenja postupka prikazan je na slici 19. Vibrator s ureajem za doziranje i prisilnim voenjem postavlja se iznad obiljeene toke. Posebni utovariva puni posudu postrojenja materijalom. Posuda s materijalom die se uz konstrukciju stupa i prazni svoj sadraj u ureaj za doziranje. Nakon zatvaranja ureaja posebnom zaklopkom komprimirani zrak potiskuje materijal prema izlaznom otvoru na iljku vibratora. Vibrator istiskuje okolno tlo i sputa se do projektirane dubine, potpomognut tlakom vode ili zraka i prema dolje usmjerenoj vertikalnoj sili sa stupne konstrukcije. Kad je konana dubina dosegnuta, vibrator se podie za 30 do 50 cm, stvara upljinu ispod sebe, u koju ulazi materijal pod pritiskom. Ponovnim sputanjem vibratora materijal se zbija i bono utiskuje u okolno tlo. Na taj nain se sukcesivno od dolje prema gore izvodi ljunani stup, do povrine terena ili do predviene visine.

Opremu za vibroflotaciju ine velike vibratorske igle duljine oko 3 do 5 m mase do oko 2 t ovjeene o krak najee bagera sajlaa odnosno bager-dizalice. Najbolje su u primjeni vibratori-oscilatori niskih ferkvencija koji rade sa oscilatornim vibracijama

35

koje djeluju u vie smjerova odnosno prostorno. Tu je ukljuena jo oprema za dovod vode i stlaenog zraka u sam vibrator ime se prilikom njegova rada znatno olakava njegovo prodiranje. Kompresori su potrebni kada se koristi mjeavina vode i stlaenog zraka kao pripomo vibroflotaciji. Vibroflotacija obuhvaa dva osnovna tehnoloka zahvata . U poetku vibrator prodire u tlo do planirane dubine pod djelovanjem sile tee njegove mase i tlaka vode, koji potpomae prodiranje ispiranjem sitnih estica koje izlaze na povrinu povratnom vodom. Pri tome dolazi da manjeg poveanja zbijenosti okolnog tla. Zatim se nastavlja stupnjevitim potpunim zbijanjem tla u promjeru do 5 m oko vibratora njegovim izvlaenjem odozdo prema gore bez djelovanja odnosno potpomaganja vode.

Slika 19. Dubinsko vibracijsko zbijanje - redoslijed izvoenja

Na uinak opreme za vibriranje prirodnog tla utjee:

vrsta odnosno tehnika obiljeja opreme za vibriranje, razmak mjesta vibriranja, raspored mjesta vibriranja, obiljeja tla koje se zbija vibriranjem, nain rada posebice brzina izvlaenja vibratora, vrsta sipkog gradiva koji se dodaje, iskustvu u radu sa opremom.

36

6. LABORATORIJSKI POKUS ZBIJANJA

6.1. Proctorov pokus

Laboratorijskim pokusima zbijanja simuliraju se uvjeti terenskog zbijanja, a rezultati se koriste za optimizaciju i kontrolu terenske ugradnje. Najee se provode standardni i modificirani pokus zbijanja tzv. Proctorov pokus. Iskustvo je pokazalo da se materijal razliito zbija za razne vlanosti i energije zbijanja. Energija zbijanja trebala bi odgovarati energiji ugradnje kod primjene raznih vrsta valjaka (jeeva) na terenu. R. R. Proctor je standardizirao postupak ugradnje uzoraka u laboratoriju koji je priblino odgovarao (prema iskustvu) tadanjim strojevima (krajem tridesetih godina prolog stoljea).

Uzorci se zbijaju u standardiziranom kalupu sa zadanom energijom zbijanja. Materijal mora potpuno ispuniti kalup, a viak se ukloni pomou noa. Mjerenjem mase materijala prije i nakon suenja mogu se tako odrediti gustoe vlanog i suhog tla koje odgovaraju razliitim vlanostima.

6.1.1. Standardni Proctor-ov pokus

Zbijanje uzorka se vri u cilindru volumena 943,7 cm3. Zbija se u 3 sloja sa 25 udaraca po svakom sloju. Kod zbijanja bat mase 2,5 kg pada sa visine 30,4 cm. Na temelju tih parametara dobije se propisana energija zbijanja. Vri se vie pokusa na istom uzorku sa razliitom vlanou materijala.

37

Slika 20. Standardni Proctor-ov pokus

6.1.2. Modificirani Proctor-ov pokus

Pokus se provodi tako da se pripremi po 5 uzoraka od istog materijala, ali razliite vlanosti (priblino 2 % razlike). Za razliku od Standardnog Proctor-ovog pokusa zbijanje tla se vri u cilindru volumen 2114 cm3. Visina pada bata je 42,5 cm, a masa bata iznosi 4,5 kg. Uzorak se zbija u 5 slojeva sa po 55 udaraca po svakom sloju.

Slika 21. Modificirani Proctor-ov pokus

teina bata (N) 250 visina pada bata (cm) 30,4 broj slojeva 3 broj udaraca bata 25 rad (energija) zbijanja (kNm/m3) 610

teina bata (N) 450 visina pada bata (cm) 42,5 broj slojeva 5 broj udaraca bata 55 rad (energija) zbijanja (kNm/m3) 2750

Tablica 7.

Tablica 8.

6.1.3. Tipini izgled krivulja zbijanja za Proctor

Slika 22. Proctor

Slika 23. Utjecaj vlanosti na postignute suhe gusto

Korisno je napomenuti da par vrijednosti (odgovara stupnju zasienosti od oko Skrivulja zbijenosti se asimptotski pribliava krivulji S(zbijanjem nije mogue istisnuti sav zrak iz uzorka).

ni izgled krivulja zbijanja za Proctor-ov pokus

Slika 22. Proctor-ove krivulje za razliite vrste tla

Slika 23. Utjecaj vlanosti na postignute suhe gustoe pri zbijanju

napomenuti da par vrijednosti (wopt i d max) lei na krivulji koja priblino enosti od oko Sr=80%, a s poveanjem vlanosti preko optimalne

krivulja zbijenosti se asimptotski pribliava krivulji Sr=100%, ali je nikada ne dotie istisnuti sav zrak iz uzorka).

GW- dobro granuliran ljunak

SW- dobro granuliran pijesak

ML- nisko plasti

CL- nisko plasti

CH- visoko plasti

38

e pri zbijanju

krivulji koja priblino anjem vlanosti preko optimalne =100%, ali je nikada ne dotie

dobro granuliran ljunak

dobro granuliran pijesak

nisko plastian prah

nisko plastina glina

visoko plastina glina

39

7. ZAKLJUAK

Zbijanje je sloeni postupak, te u obzir trebamo uzeti velik broj faktora ako elimo dobiti prikladno zbijenu povrinu. Kvalitetno zbijanje je iznimno vano za pravilan odnos izmeu nosivosti i deformacija odnosno za faktor sigurnosti, uporabljivosti, vijek trajanja i odravanje graevina koje lee na zemljanom materijalu ili su od njega izgraene. Zbijanjem se poboljavaju fiziko-mehanika svojstva materijala kao to su poveanje otpornosti na tlak i smicanje, smanjenje vodopropusnost i poveanje gustoe. Najvei utjecaj na zbijanje ima sadraj vode ili vlage. Na osnovi iskustva i dugotrajnog praenja postupaka zbijanja, ustanovljeno je da nosivost, stupanj deformacije, indeks sadanje uporabivosti i vijek trajanja autoceste ili eljeznice uvelike ovise o stupnju zbijanja.

40

8. LITERATURA

[1] Sonja Zlatovi (2006): Uvod u mehaniku tla, Udbenik Tehnikog veleuilita, Zagreb, ISBN 953-7048-02-0

[2] Percel B (1975): Mehanika tla 1. dio Via geotehnika kola, Varadin RGN fakulteta sveuilita u Zagrebu, interprogres-Zagreb

[3] Maksimovi, M. M. (2005), Mehanika tla, Graevinska knjiga, Beograd [4] Boievi, Legac (2004): Cestovne prometnice, kolska knjiga, Zagreb [5] Nonveiller, E. (1979): Mehanika tla i temeljenje graevina, kolska knjiga, Zagreb [6] Welcome to the Word of Compaction, internet stranica, 10. svibnja 2010., http://www.bomag.com/ [7] Compaction, internet stranica, 5. travnja 2010., http://www.vibromax.de/ [8] Zbijanje tla, internet stranica, 5. oujka 2010., http://www.gramak.com/ [9] Metode poboljanja tla, internet stranica, 7. svibnja 2010., http://specgra.tvz.hr/php/skini_repoz.php?id=16306&id1=1&id2=1/

[10] Graevinski strojevi, internet stranica, 23. travnja 2010., http://info.grad.hr/gf/index.asp?pid=1342&o=1033044848&folder=/1.%20knjiga/

41

9. SAETAK

Autor: Miro Horvat

Naslov: Izbor i primjena strojeva i opreme za zbijanje zemljanih i kamenih gradiva

Usporedno sa spoznajom da nasipni zemljani materijal treba nabijati kako bi se postigla stabilnost i sprijeila kasnija slijeganja, razvijali su se i strojevi kojima su se obavljala zbijanja. Zbijanje se podijelilo na dvije metode, kao to je povrinsko ( plitko) zbijanje i duboko zbijanje. Kod povrinskog zbijanja mogue je koristiti strojeve koji zbijaju na principu statikog djelovanja kao to su jeevi, valjci glatkih elinih kotaa i valjci na pneumaticima odnosno gumenim kotaima, te strojevi koji zbijaju na principu dinamikog djelovanja kao to su vibro valjci, vibro jeevi, vibro nabijai i vibro ploe. U poetku se razvoj temeljio na iskustvenoj spoznaji da bi se kasnije temeljio na znanstvenim metodama. U tome se otilo tako daleko da danas najsuvremeniji strojevi imaju ugraene elektronike ureaje koji registriraju zbijenost tla iza svakog prolaska stroja za zbijanje te upozoravaju kada je predviena zbijenost postignuta. Duboko zbijanje je vrsta poboljanja tla pri kojoj se najbolji rezultati postiu vibroflotacijom i snanim zbijanjem tla odnosno dinamikom konsolidacijom tla. Ovim se metodama obino postiu rezultati do dubine od 10 do 40 m, ovisno o svojstvima tla, opremi za zbijanje i energiji zbijanja. Ralph. R. Proctor uvodi u praksu laboratorijski pokus koji prati osnovne znaajke procesa zbijanja kao to je vlanost, suha gustoa, energija zbijanja i vrsta tla. Proctor-ov pokus je temelj za procjenu ponaanja nekog materijala pri zbijanju. Osnovni cilj povrinskog (plitkog) i dubokog zbijanja je mijenjanje svojstva ugraenog materijala zbijanjem, kao to je primjerice njegova nosivost, posmina vrstoa, stiljivost i vodopropusnost.

Documents

Izbor i Primjena Strojeva Za Zbijanje Tla