STROJEVI ZA ZBIJANJE ZEMLJANIH MATERIJALA - … · Kod odabira brzine valjanja je mnogo učinkovitije smanjivati brzinu prodiranja ako je energija, koja se troši, konstantna. Postoji

Geotehnika - e-časopis Društva za geotehniku u Bosni i Hercegovini ISSN 2303-8403 Broj 3, 2017

STROJEVI ZA ZBIJANJE ZEMLJANIH MATERIJALA

Dino Obradović, mag.ing.aedif. Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku, Građevinski fakultet Osijek, Hrvatska

Sažetak:

Kako bi se bilo koji materijal (zemlja, kamen, asfalt i dr.), dobro i u dovoljnoj mjeri zbio, potrebni su različiti

strojevi za zbijanje. Optimalno zbijanje i njegova kontrola važno je u svim područjima koja se bave izvođenjem

konstrukcija te se odabiru načina zbijanja i pogodnom stroju treba dati velika pažnja. Cilj zbijanja je smanjenje

šupljina između čvrstih čestica na minimum, što se postiže optimalnim rasporedom čvrstih čestica, naravno, uz

upotrebu energije. Za svaku vrstu tla postoje strojevi koji su najpogodniji za njegovo zbijanje. Ovdje se prvenstveno

misli na površinsko zbijanje tla u slojevima, a također postoji i dubinsko zbijanje, odnosno poboljšanje tla. Pravilno

zbijanje materijala je važno kod gradnje cesta, željeznica, nasipa i drugih građevina i značenje pravilnog zbijanja

nikad ne smije biti sporedno pitanje u gradnji građevina.

Glavna podjela strojeva za zbijanje materijala je na strojeve sa statičkim djelovanjem i na strojeve s

dinamičkim djelovanjem koji se još dijele na strojeve koji koriste silu slobodnog pada i na one koji zbijaju pomoću

vibracija. Strojevi koji zbijaju statički su ježevi, čelični glatki valjci i valjci na gumama. Strojevi koji zbijaju dinamički

su vibroploče, vibrovaljci i vibroježevi te različiti mehanički i eksplozivni nabijači. Ukazuje se na važnost zbijanja tla u

dovoljnoj mjeri i odabira pravilnog stroja za zbijanje materijala (tla). Definirat će se što sve pripada strojevima za

zbijanje s naglaskom na strojeve za zbijanje zemljanih i kamenih materijala te prikazati izračun radnog učinka valjka.

U radu će se dati karakteristike i slikama prikazati najčešće korišteni strojevi za zbijanje zemljanih materijala.

Ključne riječi: ježevi (valjci s bodljama), materijal, odabir stroja, pravilno zbijanje, strojevi, tlo, valjak, zbijanje.

MACHINES FOR COMPACTING SOIL MATERIALS

Summary:

In order for any material (earth, stone, asphalt, etc.) to be well and sufficiently compacted, various compacting

machines are required. Optimum compaction and its control are important in all areas related to construction, and

great attention should be given to the selection of the method of compaction and the suitable machine. The aim of

compacting is to reduce the gap between solid particles to a minimum, which is achieved by the optimal arrangement of

solid particles, of course, with the use of energy. For each type of soil, there are machines that are most suitable for its

compacting. The primary focus here is on surface compaction of soil in layers, but there is also deep compaction, i.e.

soil improvement. Proper compaction of the material is important in the construction of roads, railways, embankments,

and other buildings, so the significance of proper compaction should never be a side issue in the construction of

buildings.

The main division of the machines for the compaction of materials refers to static machines and dynamic

machines, which are further divided into machines that use the force of free fall and those that compact using

vibrations. The machines that use the static force for compaction are spike (sheepsfoot) rollers, steel smooth rollers,

and rubber tired rollers. The machines that use the dynamic force for compacting are vibratory plates, vibratory

rollers, and vibratory spike rollers, as well as various mechanical and explosive shooters. The importance of soil

compaction to the sufficient degree and the selection of a proper compaction machine for the material (soil) are

highlighted. A definition of a compacting machine will be provided, with the emphasis on the machines for the

compaction of earth and stone materials, and the calculation of the working effect of the roller will also be shown. The

characteristics presented and images used in the paper will show the most commonly used compacting machines for

soil materials.

Key words: spike roller, material, machine selection, correct compaction, machines, soil, roller, compaction.


1. UVOD Svaka građevina ima svoj temelj, odnosno podlogu na kojoj leži. Kako bi građevina (cesta, željeznica, nasip pa

čak i „obična“ obiteljska kuća) imala dobar oslonac, temelj, važan je pravilno izveden i zbijen temelj, odnosno temeljno tlo - podloga.

Neposredni prijenos opterećenja od građevine na temeljno tlo zahtijeva ispunjenje određenih pretpostavki o tlu. Tlo mora zadovoljiti zahtijevanu sigurnost od sloma, a slijeganja građevine moraju biti u dopuštenim granicama za nesmetano funkcioniranje građevine i opreme u njoj. Ako ti zahtjevi nisu ispunjeni, svojstva temeljnog tla se moraju poboljšati ili opterećenja od građevine odvoditi u dublje, nosive slojeve tla. Nosivost tla ovisi o posmičnoj čvrstoći koja se sastoji od unutrašnjeg trenja i kohezije (kod koherentnih tala). Postoje tri načina poboljšanja tla radi povećanja nosivosti (povećanjem posmične čvrstoće), i to:

• sprječavanjem klizanja među česticama tla (metodama injektiranja), • povećanjem zbijenosti tla (metodama površinskog i dubinskog zbijanja), • dreniranjem tla [8].

Ovdje dolazi do izrazitog značaja pravilno zbijanje tla, jer ako ono nije pravilno i u dovoljnoj mjeri izvedeno, moguće su velike deformacije i oštećenja građevina. Može doći do pucanja temeljnih ploča gdje onda dolazi do ulaska podzemne vode u podrum građevine ili u slučaju bazena do curenja vode u tlo, kod vodovodnih i kanalizacijskih cijevi do popuštanja spojeva i curenja sadržaja u okolno tlo, prevelikog (nedopuštenog) slijeganja temelja, pojave ulegnuća na cestama i pukotina, prevelikog slijeganja krune nasipa, pucanja ploča, slijeganja upornjaka i dr. Neke od posljedica nedovoljno zbijenog tla prikazane su na slici 1.

Slika 1. Rezultati nedovoljnog (lošeg) zbijanja [prema 21]

Svima su poznati strojevi kojima se vrši zbijanje i to pod jednim zajedničkim imenom – valjci, iako ima još dosta strojeva koji se ne zovu valjci (ježevi, vibroploče, vibronabijači i dr.), a također služe za zbijanje materijala, odnosno tla. Strojevi za zbijanje tla mogu djelovati statički i dinamički.

Statičko djelovanje je takav način gdje se zbijanje tla vrši valjanjem, odnosno vlastitom težinom stroja kao što su valjci. Pritisak se prenosi izazvan težinom valjka ili točkova koji se kreću po površini zemlje.

Dinamičko zbijanje je moguće pomoću pojedinačnih udara ili vibracijama. Zbijanje pojedinačnim udarima vrši se udarima o tlo, slobodnim padom radnih organa strojeva za zbijanje tla. To je slučaj kod rada s raznim nabijačima („žabe“), drugim eksplozivnim nabijačima ili udarima teških ploča koje padaju s veće visine.


Zbijanje vibracijama temelji se na predaji vibracija na zemljano tlo, zbog čega dolazi do međusobnog slaganja tvrdih čestica i smanjenja šupljina između njih [28].

Valjak je stroj koji spada u prva pomagala, koja je čovjek upotrebljavao pri zbijanju zemljanih masa i pri gradnji puteva. Valjak ima široku primjenu kod ugradnje zemljanih masa, izradi kamenih podloga, tucaničkih zastora, taraca od kamene kocke te asfaltbetonskih kolnika. U razvoju valjka (stroja) mijenjali su se materijali od kojih je bio napravljen valjak (bubanj), zatim vanjski oblik stroja i bubnja, te broj valjaka (bubnjeva) u jednom stroju. Materijali od kojih je bio napravljen valjak (bubanj) je u početku bilo drvo, zatim kamen i beton, da bi u današnje vrijeme uobičajeni postali valjci od čeličnog lima. Također se mijenjao izvor vuče, odnosno pokretne snage stroja [6].

2. ZBIJANJE ZEMLJANOG MATERIJALA (TLA) Optimalno zbijanje zemljanih i zrnatih materijala i kontrola tog postupka važna je ne samo za područje građenja

cesta i željeznica već, i za mnoga druga područja koja se bave izvođenjem građevinskih konstrukcija, a u tom smislu svakako trebamo razlikovati površinsko zbijanje u slojevima od dubinskog zbijanja - poboljšanja tla. Ponekad se u građevinarstvu, tj. u području građenja cesta, željeznica pa čak i u geotehnici, podcjenjuje značenje zbijanja i povećanja gustoće. Mnogi inženjeri smatraju zbijanje perifernim pitanjem ili pak misle da je u tom području sve jasno („dovoljno je nekoliko prijelaza valjkom i sloj je dovoljno zbijen“ ili „u slučaju potrebe dovoljno je upotrijebiti teži valjak“). Međutim, optimizacija zbijanja zemljanih i granuliranih materijala i pouzdana kontrola tog procesa nije tako jednostavna, a ovisi o brojnim međusobno povezanim faktorima koji ovise o cilju i načinu zbijanja, te o opremi koja se koristi za zbijanje [3].

Do 1922. godine zbijanje tla rađeno je isključivo na bazi iskustva. Tek je od tada pa nadalje, primjenjeno zbijanje tla primjenom valjka s bodljama, „ovčijim nogama“- ježevima. Temelje znanstvenim metodama zbijanja postavili su američki inženjeri Allan Hansen i Ralph Proctor [27, 34]. Od tada pa do 1934. godine sve nasute brane u SAD-u rađene su primjenom valjaka s bodljama [34]. Zbijanje tla je proces zgušnjavanja tla (ili bilo kojeg materijala) pod djelovanjem statičkog ili dinamičkog opterećenja. Kada se tlo optereti statičkim ili dinamičkim opterećenjem, u njemu se javljaju naponi i deformacije. Deformacije izazivaju promjenu volumena – zbijanje materijala na koji primjenjujemo opterećenje. Međutim postoji bitna razlika između djelovanja statičkog i dinamičkog opterećenja. Ukoliko je opterećenje statičko (kao kod temelja zgrade) deformacija tla do konačne konsolidacije traje duže vremensko razdoblje. Konsolidacija ovdje znači krajnji rezultat deformacije pod određenim statičkim opterećenjem. Ako je opterećenje dinamičko – trenutno (npr. udarac čekića ili prijelaz bodlje ježa ili valjka) opterećenje traje kratko te ima samo toliko vremena da se izvrše djelomične deformacije. Ovakav proces deformacije tla (materijala) naziva se zbijanje [31]. Zadatak zbijanja je popravljanje građevinsko tehničkih svojstava tla smanjenjem volumena pora ispunjenih zrakom, a djelomično i vodom [18, 30], odnosno smanjenje i na kraju uklanjanje plinovite i tekuće faze iz strukture materijala, odnosno smanjenje šupljina između čvrstih čestica na minimum, što se postiže optimalnim rasporedom čvrstih čestica, uz upotrebu energije. Zbijanjem se smanjuje zapremina, odnosno povećava gustoća (zapreminska masa) i zapreminska težina materijala. U materijalu tada dominira čvrsta faza [20]. Kod zrnatih materijala stabilnost takvog sustava obrnuto je proporcionalna sadržaju šupljina [25]. Tlo prije i poslije procesa zbijanja prikazano je na slici 2.

Slika 2. Odnosi pojedinih komponenata tla prije i nakon zbijanja [18]


Zbog gušćeg slaganja čestica tla povećava se posmična čvrstoća [9, 18], a smanjuje se stišljivost i

vodopropusnost takvog materijala. Zbijanjem se smanjuje opasnost da se vezana tla natope vodom i nabubre, da im se znatno povećaju deformacije pod djelovanjem opterećenja (pad nosivosti) [18] i smanjuje potencijal likvefakcije [13]. Postignuta zbijenost ovisi o strojevima za zbijanje, kao i o samom postupku zbijanja, te o vrsti tla, sadržaju vode i deformabilnosti podloge. Ovakva kompleksna zavisnost traži poznavanje geomehaničkih svojstava, sposobnosti strojeva za zbijanje, s posebnim osvrtom na njihovo djelovanje na razrahljivanje pri nepravilnoj primjeni, pa poznavanje samih radnih procesa zbijanja i ispitivanje zbijenosti za kontrolu propisane kvalitete. Budući da različiti materijali ne reagiraju jednako na pojedine strojeve za zbijanje, čimbenici koji imaju najveći utjecaj na zbijanje su:

• vrsta materijala koji se zbija, • tražena zbijenost materijala, • stanje vlažnosti materijala, • primjena odgovarajućih strojeva [18].

Nije uvijek najvažnije postići što je moguće veću gustoću tla ili dobiti što veći modul deformacije, nego u danim uvjetima, pogotovo kod koherentnih materijala tla uz prihvatljive vlažnosti za pojedine vrste tla, dobiti optimalne rezultate zbijenosti, ali uz dobru povezanost između slojeva, jer će o tome ovisiti njihova propusnost i prilagodljivost uvjetima stabilnosti nehomogenih presjeka nasutih brana [11].

Kod zbijanja tla strojevima (valjcima) najvažniji parametri koji utječu na zbijanje su: • brzina valjanja, • dimenzije valjka, • debljina sloja, • broj prijelaza valjka, • način zbijanja (statičko ili dinamičko- vibriranje).

Kod odabira brzine valjanja je mnogo učinkovitije smanjivati brzinu prodiranja ako je energija, koja se troši, konstantna. Postoji najpovoljnija brzina koja daje maksimalnu zbijenost.

Utjecaj dimenzije valjka na zbijanje je sličan utjecaju, koji ima dimenzija stope na slijeganje. Utjecaj se mijenja s vrstom tla. Za nevezana tla dimenzija opterećene površine ima mali utjecaj na zbijanje ukoliko je tlak isti. Kod teških valjaka, lom uslijed smicanja će početi ranije pod malom kontaktnom površinom nego pod velikom. Za glinu su valjci s malom kontaktnom površinom mnogo učinkovitiji nego oni s velikom kontaktnom površinom [31]. Također, važno je znati da je opasnost od nastajanja valova na gornjoj površini valjanoga sloja veća, što je promjer valjka – bubnja manji [6].

Zbijenost opada s dubinom. Stvaranje čvrste, relativno tanke kore, na vrhu rastresitog tla pri njegovom valjanju je dobar pokazatelj granične debljine zbijanja. Usvojit ćemo tanji sloj kod valjanja ježom nego kod valjanja valjkom na gumama.

Za izabrani valjak i određenu vrstu tla postoji određen broj prijelaza koji daje maksimalnu zbijenost za određenu utrošenu energiju. Već prije je uočeno smanjenje efekta zbijanja povećanjem broja prijelaza. Veći broj prijelaza od onog koji daje maksimalni efekt je glavni izvor izgubljene energije. Važno je ukazati na to da se jednim prijelazom ježa zbija samo 5-17% površine preko koje je prešao jež, dok se jednim prijelazom valjka s gumama zbija 100% zbijane površine.

Ovisno o vrsti tla, vibriranje može biti pogodnije nego samo statičko valjanje. Zbijanje vibriranjem se pretežno koristi kod zbijanja nevezanih šljunkovito-pjeskovitih materijala [23], dok je za vezane materijale pogodnije statičko djelovanje (npr. ježevi). Zbijanje je posebno učinkovito kada dođe do rezonancije između vibratora i tla koje se zbija [31].

Moramo se dotaknuti i dubinskog zbijanja, iako je predmet ovog rada površinsko, „uobičajeno“, zbijanje. Duboko zbijanje je vrsta poboljšanja tla pri kojoj se najbolji rezultati postižu vibroflotacijom (skidanjem i zamjenom materijala), snažnim nabijanjem i dubokim miniranjem. Tim se metodama obično postižu rezultati do dubine od 10 do 20 m, ovisno o svojstvima tla, opremi za zbijanje i energiji zbijanja. Tlo se može poboljšati do dubine od 40 m pomoću „gigastroja“ za udarno zbijanje (težina je 200 t, visina pada 40 m), dok se vibroflotacijom poboljšanja ostvaruju do dubine od najviše 60 m.

Postupci dubokog zbijanja primjenjuju se i za poboljšanje prirodnog tla i za poboljšanje umjetnih nasipa, naročito kada se provode u okviru postupaka za isušivanje tla [3]. Kod dubinskog zbijanja važno je spomenuti da se pri izvedbi vibrator spušta do projektom određene dubine i u ovisnosti o vrsti postupka tlo se zbija odozdo prema gore ili se izvodi šljunčani stup. Na taj način poboljšava se nenosivo tlo i time se opterećenje prenosi unutar granica dopuštenih slijeganja, u dublje nosive slojeve [8]. Također, postoji i brzo udarno zbijanje (eng. Rapid Impact Compaction - RIC) - slika 3. To je inovativno, dinamičko zbijanje koje se uglavnom primjenjuje za zbijanje pjeskovitog tla u kojem je mali udio praha i gline te zrnatog tla. Ova metoda pokriva područje između metoda za površinsko zbijanje (npr. zbijanje


valjcima) i metoda za duboko zbijanje (npr. duboko dinamičko zbijanje) te omogućava poboljšanje srednje dubokog tla [29].

Slika 3. Stroj za brzo udarno zbijanje [29]

3. STROJEVI ZA ZBIJANJE ZEMLJANIH MATERIJALA

Prema načinu djelovanja, razlikujemo tri skupine strojeva za zbijanje: • strojevi koji zbijaju statički, vlastitom težinom, a dijele se na glatke čelične valjke, ježeve te valjke na gumama, • strojevi koji zbijaju dinamički, koristeći pritom silu slobodnog pada (različiti mehanički i eksplozivni nabijači), • strojevi koji zbijaju dinamički, pomoću vibracija, a dijele se na vibrovaljke, vibroježeve i vibroploče [12], • kompaktori – koji pripadaju strojevima sa statičkim i dinamičkim načinom zbijanja.

U daljnjem tekstu, radi jednostavnosti izlaganja, strojevi za zbijanje su podijeljeni na strojeve sa statičkim

djelovanjem i one s dinamičkim djelovanjem, tako da ćemo kod strojeva s dinamičkim djelovanjem obraditi mehaničke i eksplozivne nabijače te vibrovaljke, vibroježeve i vibroploče. Strojevi koje ćemo obraditi u ovom radu su strojevi za površinsko zbijanje.

Kompaktori su namjerno navedeni kao posebna skupina strojeva, budući da ih je, generalno gledajući, teško smjestiti u strojeve koji zbijaju samo statički ili samo dinamički, odnosno postoje kompaktori koji djeluju dinamički i koji djeluju statički. U ovom radu su kompaktori navedeni kao strojevi za statičko i dinamičko zbijanje, što na prvi pogled izgleda neobično. Međutim, vidjet ćemo da to nije tako. Ovisno o literaturi, odnosno autoru, izdavaču knjige, proizvođaču strojeva, vremenu nastanka knjige ili članka, internet stranici i dr., kompaktori su nekad strojevi s dinamičkim, a nekad sa statičkim djelovanjem. Tako, npr., to je stroj koji zbija dinamički [12, 27], onda su to također strojevi s dinamičkim načinom zbijanja (ali, kao vibroploče koje se postave na neki radni stroj) [20, 27], negdje se taj naziv koristi za strojeve sa statičkim načinom zbijanja [24, 30], kod nekih proizvođača strojeva to su mali vibrovaljci s kratkim, skoro neznatnim bodljama (ježevi), a također kompaktori su i drugi naziv za valjke s gumama [12, 34].

Kompaktore, opet naglašavamo, nije moguće jednoznačno svrstati prema načinu djelovanja (pripadaju li statičkom ili dinamičkom načinu zbijanja) budući da, kako smo vidjeli, naziv kompaktor se sigurno koristi za više različitih strojeva. Stoga, korištenje naziva kompaktor, ne možemo smatrati pogrešnim za strojeve sa statičkim ili dinamičkim načinom zbijanja, ali također i za različite strojeve koji pripadaju jednoj skupini (bilo statičkoj ili dinamičkoj).

Za svaku vrstu tla postoji najprikladniji način zbijanja. Npr. zbijanje gline vibracijama nema nikakvog učinka, dok je za pijesak pogodno uz izvrsne rezultate. Tablica 1 prikazuje vrste tla i način zbijanja za pojedinu vrstu tla.

Tablica 1. Vrste tla i načini zbijanja [24]

Materijal Udar Pritisak Vibracija Gnječenje

Šljunak Slabo Ne Dobro Vrlo dobro

Pijesak Slabo Ne Izvrsno Dobro

Ilovača Dobro Dobro Slabo Izvrsno

Glina Izvrsno uz ograničenja Vrlo dobro Ne Dobro

Primjenjivost pojedinih strojeva dobrim dijelom proizlazi iz empirijskih opažanja, ali se općenito može

primijetiti da će se krupnozrna tla bolje zbijati glatkim vibrirajućim valjcima koji u tlu izazivaju vibracije uz manje posmične deformacije, dok će se sitnozrna tla bolje zbijati valjcima sa stopama i ježevima koji u tlu


izazivaju velike posmične deformacije (gnječenje). Dok utjecaj učinka glatkih valjaka opada s dubinom od površine tla, učinak valjaka sa stopama veći je na dnu stope koja je utonula u tlo, nego pri samoj površini tla.

Tako će jež i valjak sa stopama zbijati od dubljih zona prema površini dok na kraju tlo ne bude toliko zbijeno da stope (bodlje) više ne prodiru u tlo [17].

Slika 4 prikazuje mogući izbor strojeva za zbijanje obzirom na materijal koji zbijamo.

Slika 4. Izbor i primjena strojeva za zbijanje obzirom na vrstu materijala [17]

Kod odabira odgovarajućeg stroja za zbijanje važno je odrediti vrstu tla. Tek kada smo odredili vrstu tla možemo odabrati stroj s kojim zbijamo. Općenito vrijedi pravilo da ukoliko zahtijevani stupanj zbijenosti ne možemo postići kroz 4 do 8 prijelaza, onda je potrebno odabrati drugi stroj koji je pogodniji za zbijanje i koji će brže dati zahtijevane rezultate [24].

3.1. Strojevi sa statičkim djelovanjem

3.1.1. Glatki čelični valjci

Ova vrsta valjaka nastala je još sredinom 19. stoljeća (parni valjci). Ima ih s dvije i tri osovine kao i s tri valjka. Valjci s dvije osovine (tzv. tandem valjci) i danas su u primjeni za zbijanje asfaltbetonskih zastora. Oni uglavnom ne služe za zbijanje, nego isključivo za valjanje, tj. za završnu obradu površine (glačanje, peglanje) [7, 34]. Pri zbijanju tla glatkim valjcima na tlo pored vertikalnih sila djeluju još i horizontalne sile, i to kod potiskivanog ili vučenog točka u pravcu kretanja, a kod pogonskog suprotno. To su sile potiskivanja, koje ako su veće od sile smicanja, prave valove na valjanoj površini guranjem gornjih slojeva materijala. Budući da je pritisak sve manji što se više ide u dubinu sloja, to debljina sloja kod ove vrste zbijanja vezanog tla ne treba biti veća od 20 do 30 cm, a povećanim brojem prijelaza se ne postiže veće dubinsko djelovanje [30].

Prema masi, ove valjke možemo podijeliti na: • male i srednje teške valjke, do 6 t, • srednje velike i teške valjke, 6 do 12 t, • velike i vrlo teške valjke, preko 12 t [27].

Sila pritiska po dužnom centimetru dodirne crte koju čini širina čeličnoga kotača 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 veći tlačni pritisak, prostori unutar plašta čeličnoga kotača valjaka mogu se puniti vodom [12, 27]. Vlastita masa valjka kreće se od 0,75 do 16 tona, što ovisi o konstrukciji valjka i broju bubnjeva. Vlastita masa valjka može se mijenjati prema tome, da li su bubnjevi prazni ili napunjeni vodom, odnosno suhim pijeskom. Promjenjivost mase valjka kreće se od 1 do 2,5 tone [6]. Težina valjka je obično podijeljena u odnosu 1/3 na prednju osovinu, a 2/3 na zadnju osovinu [5]. Radna brzina kretanja je različita i nalazi se u granicama od 1,50 do 5,00 km/h. Snaga motora ovakvih valjaka je različita i ovisi o težini i gabaritnim dimenzijama, a nalazi se u granicama od 35 do 100 kW. Praktični učinci glatkih valjka ovise o njihovim dimenzijama, zahtijevanoj energiji zbijanja i uvjetima rada, a kreću se od 50 do 500 m³/h [19].


Slika 5. i 6. Glatki čelični valjak s tri bubnja [32] i s dva bubnja – tandem [35]

3.1.2. Valjci s „ovčijim“ nogama - ježevi

Pojavili se 1905. godine u SAD-u [22]. Među prvima su se pojavili za zbijanje nasutog materijala, a djeluju vlastitom težinom - gnječenjem materijala. Pogodni su za zbijanje koherentnog materijala [12, 20], pa se za takav materijal isključivo i rabe. Jež se sastoji od glatkog valjka, savijenog od lima debljine 15 do 30 mm, postrance zatvorenog [6, 12]. Čisti promjer bubnja bez nožica iznosi 900 do 1850 mm [6]. Po obodu valjka raspoređene su bodlje konusnog oblika ili oblika ovčje noge sa svrhom da pri valjanju prodiru u nasuti sloj te da ga počnu zbijati u donjem dijelu [12]. Kada bodlje ne prodiru više od 2 do 3 cm u podlogu, smatra se da je zbijanje ježom završeno [19, 20]. Visina bodlje iznosi 18 do 23 cm, a na kvadratni metar dolazi 10 do 12 bodlji [6, 12, 27]. Postoje i ježevi „savijenih bodlji“ (tournepied), čije se bodlje mogu savijati (sklopiti), koji u početku djeluju kao običan jež, a na kraju kao valjak koji ima samo kanale po omotaču [5].

Debljina nasutog sloja smije biti najviše 1,2 visine bodlje ježa kojim se zbija sloj [12], čak i bolje da je manje od visine bodlje, odnosno 2/3 visine [30]. Za potrebnu zbijenost nekog sloja jež mora prijeći 10 do 12 puta uz pretpostavku da je nasipni sloj optimalno vlažan i da veličina bodlji odgovara debljini sloja. Znakovito je da jež zbija nasipni sloj od donjeg dijela prema gore. Ježevi težine 20 do 60 kN svrstavaju se u srednje teške, dok se oni teži od 60 kN svrstavaju u teške i velike. Težina ježa povećava se tako da se u šupljinu unutar plašta valjka stavlja voda, odnosno pijesak [12, 27]. Ježevi se mogu vući traktorima ili nekim drugim radnim strojevima u proizvoljnom broju, jedan za drugim [22]. Samohodni jež valjci imaju brzinu od 0,1 do 10 km/h [19].

Slika 7. i 8. Vučeni jež [35] i samohodni statički jež [33]

Postoje ježevi koji umjesto savijenoga limenog plašta imaju plašt od rešetke – žičanog pletiva (slika 10). Promjer žice iznosi 10 do 22 mm, a okna su kvadratična sa stranicama duljine 100 do 120 mm [6]. Njih se često opterećuje zbog veće težine betonskim blokovima [12], pijeskom [6, 7] ili vodom [7]. Ovakvi valjci imaju jednu prednost u odnosu na „obične“ jež valjke s bodljama jer ne remete ugrađenu strukturu zemlje prilikom izlaska iz nasutog sloja. Mrežasti jež valjci imaju radnu i transportnu brzinu od 1,0 do 15 km/h [19]. Na bagere je moguće postaviti ježeve, odnosno priključke za bager koji se stave umjesto lopate (slika 11. i 12.).

U Americi se koriste specijalne konstrukcije teških ježeva (slika 9.), koji osim ježa u spregu imaju i nož za planiranje. S takvom konstrukcijom stroja može se kvalitetnije i ekonomičnije obavljati zbijanje, jer se kvalitetno mogu


zbijati samo isplanirani nasipi i slojevi jednakih debljina. Kako bi se utvrdio optimalni broj prijelaza za zbijanje nekog materijala, u praksi se izrađuju probne dionice [27].

Slika 9. i 10. Posebna konstrukcija teškog ježa [35] i jež s rešetkom [32]

Slika 11. i 12. Dva modela priključaka - ježeva na bageru [36] Slika 13. Oblici zuba (bodlji) na ježevima [13]

3.1.3. Valjci na pneumaticima (gumama)

Valjak na kotačima s gumama, naziva se još i kompaktor, se rabi za zbijanje nasipa od vezane i nevezane zemlje. Najbolji efekt postiže se kada se valjanje kombinira s ježevima [27, 34]. Specifičnost njihova djelovanja ističe se u efektu gnječenja, odnosno 3-dimenzionalnog pritiska na materijal [20]. Valjci uglavnom imaju kruto podvozje pa se skretanje vrši pokretanjem pogonskih točkova. Dvoredni valjci imaju neparan broj guma u oba reda, tako da se gume pokrivaju. Za zbijanje tla pogodne su radijalne gume s posebno obrađenom gaznom površinom, dok je za glačanje i valjanje površina asfalt-betonskih zastora bolje da je površina guma glatka [34]. Djelovanje takvih valjaka je površinsko, iako dublje od glatkih statičkih valjaka. Valjci na kotačima s gumama mogu biti vučeni ili samohodni. Vučeni valjci imaju sanduk koji se puni priručnim zemljanim materijalom radi veće težine, a rabe se za valjanje nasipnog materijala, osobito nižih slojeva u nasipu, tj. pri grubljim zemljanim radovima [12, 27].

Slika 14. i 15. Samohodni valjak na gumama [20] i vučeni valjak na gumama težine 150 kN s 6+7 točkova [34]


Primjenjuju se uglavnom kod gradnje aerodromskih pista i nasutih brana [34]. Kod vučenih valjaka, zadnji red ima jedan točak više, i njegovi točkovi gaze tragom između njih. Debljina sloja za valjanje uzima se prema težini točka i pritisku u gumama. Kod teških tipova valjka ide i do 60 cm. Pritisak na tlo je 1,1 do 1,2 puta veći od pritiska u gumama [30]. Također se rabe kod zbijanja asfaltbetonskih zastora, zatim tanjih slojeva praha ili gline te nekih konstrukcija od kamene sitneže jednolike veličine i granulometrijskog sastava (filterski i drenažni slojevi) [15], općenito kod zbijanja nekoherentnih materijala, a može i kod koherentnih kada sadrže nešto više vlage [6]. Ukupna širina sloja koja se zbija nalazi se u granicama od 1,80 do 2,60 m [19]. Rabe se valjci težine 150 do 500 kN (ovi posljednji isključivo kao vučeni). Kotači s gumama međusobno su vezani i visinski pomični pomoću sklopa za razdiobu opterećenja. Tlak u gumama je od 259 do 1000 kPa, a mora se redovito kontrolirati, jer o tlaku u gumama ovisi i pritisak na nasipni materijal [27]. Radne i transportne brzine se nalaze u granicama od 1 do 20 km/h [19].

3.1.4. Kompaktori

Posebna vrsta valjka je kompaktor. Na gumene točkove kompaktora navučeni su plaštevi valjka s bodljama pa je on također posebna vrsta valjka – slično kao jež, iako je važno naglasiti da to nije isti stroj kao „obični“ valjak s bodljama - jež. To je univerzalni građevinski stroj, jer s prednje strane ima dozerski nož ili utovarnu lopatu. Koristi se uglavnom za razastiranje, grubo planiranje, zbijanje glinovitih materijala, kao i zbijanje otpada na odlagalištima otpada [15]. Kompaktori također služe za drobljenje i zbijanje kamenitog otpadnog materijala (šute). To je dvoosovinski stroj s četiri valjka (odnosno valjcima s bodljama - ježevima, umjesto gumenih točkova) [24, 30]. Dozerski nož (nož za poravnavanje) ili utovarna lopata je mogućnost i može se postaviti odnosno skinuti, ovisno o vrsti stroja i proizvođaču. Postoje kompaktori koji su namijenjeni samo za rad na odlagalištima otpada (slika 17.) čija svrha je zbijanje hrpi otpada i oni nisu pogodni za zbijanje zemljanih materijala na gradilištima.

Slika 16. i 17. Kompaktor s dozerskim nožem i kompaktor namijenjen za rad na odlagalištu otpada [35]

3.2. STROJEVI S DINAMIČKIM DJELOVANJEM

3.2.1. Vibrovaljci

Primjena vibracijskih valjaka počela je tek oko 1950. godine [6, 27] i to u Engleskoj. Za razliku od običnih – statičkih valjaka, ovi valjci djeluju dinamički, uslijed čega se njihovo statičko djelovanje znatno povećava. Iz tog razloga težina ovih valjaka može biti puno manja od težine statičkih valjaka [34]. Od svih valjka za zbijanje vezanog i nevezanog materijala, oni imaju najveću primjenu [19].


Slika 18. i 19. Kombinirani vibrovaljak s jednim glatkim bubnjem i pogonom na kotače s gumama [4]

Glatki vibrovaljak može postati i valjak s bodljama – jež. Kod nekih proizvođača na glatki bubanj – valjak može

se postaviti plašt s bodljama, i to s bodljama ovalnog ili kvadratnog presjeka, tako da glatki vibrovljak postaje vibrojež. Također, postoji i mogućnost da se s prednje strane vibrovaljka postavi dozerski nož (nož za poravnavanje) [4].

Vibracije povećavaju radni učinak vibrovaljka, tj. sposobnost zbijanja, tako da to povećanje iznosi i do 6 puta u odnosu na statički valjak jednake težine. Razmjerno mala težina vibrovaljka smanjuje transportne troškove. Vibrovaljak može zbijati i svojom vlastitom težinom, ali samo djelomično, i to u slučaju da u pogon nije stavljen uređaj za vibriranje [6, 27]. Osnovni princip rada vibrovaljka je kretanje uz vibracije [6].

Osnovni element svih vibrovaljaka i vibroježeva je vibrator koji, ovisno o konstrukciji, može stvarati kružne ili okomite vibracije. Frekvencija vibracija iznosi od 20 do 75 Hz (broj vibracija u sekundi), a vibriranjem se postiže da se u nasipnom materijalu za vrijeme vibracija smanjuju kohezijske sile i trenje, pa se čestice materijala slažu u slobodne prostore stvarajući tako najveću moguću gustoću u nasipnom materijalu. Amplituda je veličina za koju se vibrirajuća masa pomiče gore-dolje od neke nulte crte (pozicije). Što je veća masa koja vibrira, kao i amplituda, to je i dubina zbijanja veća [12, 27]. Bitno je uspostaviti skladan odnos frekvencije vibriranja i frekvencije osciliranja tla, kako ne bi došlo do odvajanja - „skakutanja“ valjka ili do rezonancije, pri čemu se gubi efekt zbijanja. Rukovatelj ima mogućnost promjene frekvencije i amplitude, pa iskustveno utvrđuje najpovoljniji učinak [20].

Slika 20. i 21. Vibracijski pješački valjak [14] i manji vibracijski tandem valjak [36]

Konstruktivne težine samohodnih glatkih vibrovaljaka kreću se od 100 do 350 kN. Radne i transportne brzine samohodnih vibrovaljaka su od 1 do 20 km/h [19]. Samohodnih vibrovaljaka ima u težinama od 10 kN do 100 kN. Vibrirati može samo stražnji kotač, ili oba. Valjci s promjenjivom amplitudom i frekvencijom mogu poboljšati zbijanje, budući da se prilagode sastavu materijala i debljini sloja. Vibrovaljci sa zglobom u sredini su vrlo pokretni i praktični za uporabu [27].

3.2.2. Vibroježevi

Kako je prethodno navedeno, osnovni dio vibroježa također čini uređaj za vibriranje. Vibrojež je iste vanjske konstrukcije (izgleda) kao i „obični“ samohodni jež s razlikom da pri zbijanju koristi vibracije. Vibroježevi mogu biti i vučeni [30]. Kako je već navedeno kod glatkih valjka, glatki valjci mogu postati ježevi tako da se na glatki valjak (bubanj) postavi plašt s bodljama [1, 4] (slika 23.). Vibroježevi su se pojavili 1960. godine [27].


Slika 22. Vibrojež s pogonom na kotače s gumama i nožem za poravnavanje – pogled odozgo [4]

Slika 23. i 24. Plašt s bodljama i dozerski nož [1]

S vibroježevima je potrebno 50 – 75% manje prijelaza nego s ježevima sa statičkim djelovanjem. Vibroježevi mogu pri radu istiskivati višak vode iz nasipnog materijala i tako nasipni materijal približiti optimalnoj vlažnosti te povećavati mogućnost kvalitetnijeg zbijanja [27]. Pri radu vibroježeva, kod zemlje s većim sadržajem vlage, suvišni dio vode se kapilarno diže na površinu što se vidi kao orošavanje sloja. Vibroježevi se koriste za zbijanje slabo i jako vezanih vrsta zemljanog materijala u kojima daju puno bolje rezultate nego obični ježevi. Mogu svladavati uspone bez problema. Vibroježevi mogu raditi u grupi, ali najviše u grupi od 3, a najpovoljniji učinak je sastav od dva vibroježa (tandem u liniji ili jedan pored drugog) [28]. Praktični učinci samohodnih vibroježeva ovise o dimenzijama valjka s bodljama, visini nasutog sloja i uvjetima rada, a iznose od 50 do 250 m³/h [19].

Postoje i vibroježevi na daljinsko upravljanje (slika 25). To su valjci sa zglobom koji su posebno primjenjivi za zbijanje kanalskih rovova [39].

Slika 25. i 26. Vibrojež u radu i daljinski upravljač [39]


3.2.3. Kompaktori (vibro-tamperi)

Kompaktori su strojevi koji su se pojavili u novije vrijeme za zbijanje nasipa od nekoherentnih materijala, a kao posljedica povećane gradnje prometnica. Kompaktori su samohodni strojevi na gusjenicama ili kotačima s gumama. S prednje strane imaju 5 do 7 vibroploča koje se mogu dizati i spuštati. Pri premještanju stroja ploče su dignute, a pri radu se spuste i zbijaju nasipni matrijal vibriranjem jednako kao i vibroploče. Širina rada im je obično 3,75 m, radne brzina kretanja su im vrlo male (0,7 do 1 km/h), a dubina zbijanja 30 do 40 cm [27]. Pogodni su za zbijanje nevezanog zemljanog materijala, drobljenog ili prirodnog zrnastog, kamenog, šljunkovitog materijala, a mogu se koristiti i za zbijanje vezanih materijala [28]. Pločasti vibratori spojeni su preko osovine u zajedničku cjelinu. Vibriranjem se upravlja s jednog mjesta. Pojedine vibroploče mogu se lako prilagoditi neravnostima na terenu, jer nisu međusobno čvrsto spojene [6, 28].

Oni su korisni i vrlo praktični strojevi, koji se ponekad mogu zamijeniti bočnim spajanjem više vibroploča u jedan sklop kojim upravlja samo jedan radnik [27]. Ovakvi kompaktori (samohodni uređaji za zbijanje podloge vibropločama) nazivaju se još i vibro-tamperi [6, 28].

Slika 27. Kompaktor na kotačima s gumama [10]

Slika 28. Kompaktor na gusjenicama [27]

3.2.4. Vibroploče

Primjenjuju se za zbijanje nekoherentnih materijala (najviše) [27], iako je moguće i za koherentne materijale, posebno u skučenim prostorima kao što su npr. prostori oko upornjaka i krila mostova, oko temelja strojeva, u rovovima ili u bilo kojoj vrsti skučenih građevnih jama. Također se koriste za zbijanje nekoherentnog materijala u manjem opsegu kod rekonstrukcije prometnica za zbijanje tamponskih slojeva, kod izrade podloge drenažnih i kanalizacijskih mreža,


izrade i rekonstrukcije filterskih slojeva nasutih brana, izrade podloge u rovovima cjevovoda i kod izrade podloge ispod obloge kanala [19].

Slika 29. i 30. Vibroploča na daljinsko upravljanje [39] i „obična“ vibroploča - vibromaks [36]

Ploča im može biti okrugla, kvadratna ili pravokutna, ponekad i izmjenjiva. Za krupniji tucanik i šljunak dobri su

samo teži tipovi. Upravljanje je ručno (lakše je što su duže ručke) [30], međutim postoje i na daljinsko upravljanje. Za pomicanje im se dodaju gumeni točkovi. Strojem upravlja jedan radnik. Stroj se uglavnom pokreće u jednom smjeru (naprijed), međutim ima ih i koji se mogu kretati i nazad. Da bi se povećao učinak i skratilo vrijeme zbijanja, moguće ih je spojiti [6]. Dijele se, prema težini, na lagane vibroploče težine 0,1 do 0,5 kN, srednje teške vibroploče 0,6 do 2 kN i teške vibroploče preko 2 kN. Vibroploče se sastoje od temeljne čelične ploče na koju je smješten pogonski motor odgovarajuće veličine, te sklopa s ekscentrom koji izaziva vibracije. Vibracije se prenose preko naliježuće čelične ploče na nasipni materijal, a proizvode 600 do 2000 udaraca u minuti, uz udarnu silu od 3,5 do 20 kN [12, 27].

Površina ploče kod najlakših vibroploča je 0,15 m², a kod najtežih 1,2 m², dok im je vlastita pokretljivost od 12 do 25 m/min. Dubina djelovanja pri zbijanju najlakših vibroploča je 30 cm, a najtežih i do 180 cm [9, 27], a visina sloja koji se zbija treba biti od 0,15 m do 0,7 m [29]. Ako se vibroploče kreću samo u jednom smjeru, nazivamo ih vibrosolima, a ako se kreću naprijed - natrag – vibromaksima [6, 12, 27].

Vibroploče je moguće postaviti na kamione, traktore (slika 31. i 32.), valjke (slika 33.) ili neke druge strojeve. Takva vibroploča ima hidraulični sistem za vibracije, montirana je na vozilu, najčešće u paru – naprijed i nazad. Kretanjem vozila vrši se zbijanje podloge. Dubina djelovanja je 30-40 cm, a radna brzina iznosi 5 cm/s, odnosno 180 m/h [20].

Slika 31. Vibroploče postavljene na kamion „UNIMOG“ [26]


Slika 32. Vibroploče postavljene na traktor [26]

Prethodno prikazane vibroploče postavljene na kamion nazivaju se i kompaktori [20]. Postoje i priključci – vibronabijači, vibroploče za bagere koje se postave umjesto lopate (kašike) bagera (slika 34. i 35.).

Praktični učinak vibroploča kreće se od 15 do 100 m³/h [19]. Potreban broj prijelaza može iznositi od 3 do 6 [27].

Slika 33. Vibroploča na valjku [1] Slika 34. i 35. Vibroploče postavljene na bager umjesto lopate [36]

3.2.5. Vibronabijači

Vibronabijači su redovito pločasti. Najviše se koriste za zbijanje nekoherentnih materijala. Strojem upravlja jedan obučeni radnik. Isto kao vibroploče, koriste se gdje je skučen prostor za rad [6]. Pri radu takvi strojevi poskakuju i sami se kreću naprijed brzinom oko 12 do 14 m/min. Djelovanje u dubinu je oko 40 do 90 cm, a udarna sila iznosi oko 40 do 130 kN [34]. Dimenzije udarne ploče su obično oko 20 x 20 cm, iako mogu biti veće. Pravac i brzinu kretanja, odnosno zbijanja određuje rukovatelj, putem rukohvata i komandi za rad motora. Snaga pogonskog motora se kreće od 1,5 do 3 kW [20].


Slika 36. i 37. Razni modeli vibronabijača [36, 21]

Vibronabijači mogu odskočiti i do 30 cm visine [19], a uobičajena visina odskoka je 8 cm [27]. Ploče za zbijanje su blago savijene prema naprijed tako da je omogućeno kretanje vibronabijača prema naprijed. Zbijanje se vrši vibracijama, ali i udarom vibronabijača uslijed pada s visine odskoka. Konstruktivna težina iznosi od 0,32 do 0,90 kN [19]. Praktični učinak im se kreće od 15 do 30 m³/h [19].

3.2.6. Eksplozivni nabijači

Razlika između prethodno navedenih vibronabijača i eksplozivnih nabijača je u načinu djelovanja [27]. Eksplozivni nabijači rade na principu jednocilindričnih eksplozivnih, dvotaktnih motora. Sagorijevanjem smjese tekućeg goriva i zraka u gornjem dijelu cilindra, iznad klipa, stvaraju se topli i aktivni plinovi, koji, šireći se eksplozivno, podižu cilindar pritiskom na njegovu glavu, dok reaktivnim pritiskom na klip pritiskuju i tlo, jer je klip čvrsto spojen s postoljem nabijača [30].

Rabe se za zbijanje manje količine nasipnog materijala u ograničenim prostorima (kanalski rovovi i klinovi iza upornjaka objekata i dr.). Stupastog su oblika, a sastoje se od dva dijela, gornjeg težeg klizno vezanog za donji lakši dio s udarnom stopom. Nabijači dosežu 60 do 80 udara u minuti [27]. Stopalo im je od lijevanog željeza, a zbog skošenosti stope pomiču se 10 do 20 cm pri svakom udarcu [6, 27], odnosno za dužinu udarne stope [19]. Stopalo nabijača ima prostore koji su ispunjeni drvetom, kako bi se ublažili učinci udaraca [6]. Lakši nabijači (0,6 do 2 kN) mogu zbiti sloj debljine 30 do 40 cm u površini 80 do 150 m²/h, a veliki, teški nabijači (4 do 10 kN) zbijaju slojeve debele i više od 70 cm [27]. Eksplozivni nabijači nazivaju se i „žabe“ [6, 19, 27, 28]. Praktični učinak kreće se od 15 do 60 m³/h, ovisno o vrsti zemljanog materijala koji se zbija i uvjetima rada [19].

Slika 38. i 39. Eksplozivni nabijač [30] i kolica za prijevoz nabijača [27] Slika 40. Elektronabijač [30]

Osim eksplozivnih nabijača, postoje još i elektronabijači (slika 40.) i pneumatski nabijači [6, 30, 34].


3.2.7. Ploča za zbijanje – kranski malj

Ploča za zbijanje zbija dinamički i to udarom – slobodnim padom. Ploče za zbijanje koriste se za zbijanje raznovrsnih materijala, vezanih i nevezanih, i to posebno u skučenim prostorima (rovovi, uske građevne jame) [30], ali služe i za veće površine. Posebno su pogodne za zbijanje kamenih materijala [31]. Ploče za zbijanje su teške ploče kvadratnog ili kružnog presjeka, koje padaju s visine od 0,5 do 2,5 m [6, 30, 31, 34] i tako vrše zbijanje. Ploče su obično postavljene na bageru ili kranu, a masa im je 1,5 do 4,5 tone. Debljina slojeva za zbijanje za vezane materijale je 50 do 60 cm, a za nevezane 70 do 80 cm [31]. Ploča se vješa na bager pomoću elastične spojke ili pomoću mačke. Rad s pločom za zbijanje obavlja se tako da se ploča digne, a zatim otkvači od stroja, koji ju je digao, i pusti da slobodno padne na tlo. Kako bi tlo bilo dobro zbijeno, potrebno je izvesti do 12 udaraca, a u najnepovoljnijem slučaju udarci se mogu izvesti do najviše 25 puta [6]. Dimenzije ploče iznose 0,6 x 0,6 m do 1,1 x 1,1 m [6, 27, 30], iako postoje i ploče dimenzija 2,50 x 2,50 m [19]. S teškim pločama tlo se može zbiti i do dubine od 1,50 m [6, 30]. Učinak je 100 do 150 m²/h zbijene površine u debljini 60 do 90 cm [30]. Ploče za zbijanje prave se od betona ili čelika [19]. Ovakav stroj se još naziva bager-zbijač [28]. Frekvencija ovakvih udara nije velika i kreće se od 1 do 16 Hz [19].

Postoje dva načina zbijanja. Prvi način je uzastopnim udarcima zbijati isto mjesto do potpunog zbijanja, pa onda prijeći na susjedno polje. Drugi način je da se nizom uzastopnih udara (12 do 25) prelazi čitav luk skrećući strijelom i do 60° lijevo i desno, te se postupak ponavlja po istoj zoni do njenog potpunog zbijanja, da bi se zatim prešlo na susjednu. Prvi način je brži, a drugi daje ujednačeniju zbijenost [30].

Slika 41. Zbijanje pločom za zbijanje – udarno zbijanje teškim teretom [3]

4. RADNI UČINAK VALJKA Općenito, učinak jednog ili više strojeva može se definirati kao količina kvalitetom zadovoljavajućeg rada,

odnosno proizvoda, izražena u odgovarajućim mjernim jedinicama (m³, m², m, kom, t), koji se obavi u nekom jediničnom vremenu. Učinci mogu biti različiti po vremenskoj jedinici u kojoj je iskazana količina rada (sat, radna smjena, dan, mjesec i dr.), ali obično ju je najpogodnije izraziti po satu, pa je onda riječ o satnom učinku (mj.jed./ h) [38].

Postoje tri vrste učinka: • Teorijski (temeljni, tehnički) učinak, • Planski (radni, praktični) učinak, • Stvarni učinak.

Teorijski učinak ovisi o načinu rada stroja. Planski (radni ili praktični) učinak je uvijek manji od teorijskog učinka i dobije se njegovom redukcijom, a stvarni učinak se utvrđuje mjerenjem.

Radni učinak valjka ovisi o vrsti materijala koji se zbija, postotku vlage koja se nalazi u materijalu koji se zbija,

debljini sloja koji se zbija, dimenzijama valjka i brzine kojom se valjak kreće. Korištenje vremena te broj prijelaza valjka po nasutom sloju, također utječu na učinak valjka [6].


Strojevima s kontinuiranim djelovanjem koji se kreću u radu učinak se određuje prema izrazu koji osim prosječne brzine kretanja (v), uračunava širinu zahvaćenu pri svakom prolazu (b), umanjenu za širinu preklapanja (bpr), i potrebni broj prolaza za obradu (npr) [37]. Širina preklopa kod valjanja iznosi oko 10 do 30 cm, a prosječno 20 cm.

[ ][ ] [ ] [ ]( )

pr

pr

tn

mbmbhkmvhmU

−=

*/*1000/2 ….. (1)

Kod valjaka, da bi se učinak izrazio u m3/h, učinak u m2/h množi se s debljinom zemljanog sloja (h) nakon

zbijanja [37]. Nakon potrebnih promjena u jednadžbi 1, koja je općenita za sve strojeve s kontinuiranim djelovanjem,

dobijemo jednadžbu 2 za izračun teorijskog učinka valjka koja glasi:

[ ][ ] [ ] [ ]( ) [ ]

pr

pr

tn

mhmbmbhkmvhmU

**/*1000/3

−= ….. (2)

Kod valjaka za zbijanje zemlje debljina zbijenog sloja (h), je obično oko 65% visine nasutog sloja (h') [30, 34,

38]. Brzina valjanja uobičajeno se kreće od 1,5 do 2,5 km/h, a kod ježeva i više (4 do 10 km/h) [38]. Praktični učinak jednak je umnošku teorijskog učinka i korekcijskog koeficijenta ki.

[ ]hmkUU itp /* 3= ….. (3)

Korekcijski koeficijent (ki) jednak je umnošku općih i posebnih koeficijenata, uvijek je manji od 1, a odabir

vrijednosti koeficijenata ovisi o mnogo parametara. Prethodno prikazan proračun učinka se ne preporuča budući da je dosta pojednostavljen, međutim može služiti

kao okvirna vrijednost, i to na razini teorijskog učinka. Vrijednosti (parametri) koje pretpostavljamo su u dosta širokom rasponu (broj prijelaza, debljina sloja, brzina kretanja stroja) te već malom promjenom njihovih vrijednosti dobivamo još širi raspon radnog učinka. Zbog toga se preporuča korištenje priručnika proizvođača koji proizvode strojeve i opremu za zbijanje (valjanje). U priručnicima možemo naći norme radnih učinaka valjaka koje u obzir uzimaju razne čimbenike poput vlažnosti materijala, vrste tla, granulometrijskog sastava, debljine slojeva, frekvencije zbijanja i dr., koji utječu na radni učinak valjaka ili bilo kojih strojeva za zbijanje [16].

U sljedeće dvije tablice (tablice 2. i 3.) navedeni su učinci vibrovaljka s dva bubnja (tandem) za zbijanje

zemljanog materijala i asfalta. Valjci se najviše razlikuju po radnoj širini (broj 80, 90, odnosno 100, označava radnu širinu u cm), te je zbog toga učinak veći za npr. valjak BW 100 ADM-5, nego za BW 80 AD-5. Valjak za kojeg su dani podatci je prikazan na slici 42.

Slika 42. Shema vibrovaljka – pogled bočno i sprijeda [2]


Tablica 2. Primjer - učinak određene vrste (tipa) valjka za različite vrste tla i

preporučene debljine sloja koji se zbija [prema 2]

Vrsta (tip) stroja Učinak (m³/h) kod preporučene debljine sloja tla

Šljunak, pijesak Miješana tla Glina, ilovača

BW 80 AD-5 60-110 42-85 33-65

BW 90 AD-5 70-120 45-90 35-70

BW 100 ADM-5 75-140 50-100 36-70

Tablica 3. Primjer - učinak određene vrste (tipa) valjka za različite debljine asfalta

[prema 2]

Vrsta (tip) stroja Učinak (t/h) za različite debljine sloja asfalta

2-4 cm 6-8 cm 10-14 cm

BW 80 AD-5 10-30 25-45 35-70

BW 90 AD-5 15-30 30-50 40-80

BW 100 ADM-5 15-40 35-60 50-90

5. ZAKLJUČAK Temelj je osnova svake građevine te je zato pravilno temeljenje, koje se između ostaloga sastoji u dobrom

zbijanju temeljnog tla, odnosno podloge, jako važno. Dovoljno zbijenim tlom spriječavamo slijeganja temelja, pukotine na građevinama, pucanja i curenja kanalizacijskih i vodovodnih cijevi, općenito dosta različitih šteta koje slijeganje može prouzročiti. Građevine poput cesta, željeznica, aerodromskih pista, nasipa i dr. su posebno osjetljivi na slijeganje budući da im je cjelokupna površina u direktnom dodiru s tlom. Svrha zbijanja tla je skraćenje vremena slijeganja slojeva (npr. u slučaju nasipavanja), povećanje nosivosti tla, smanjenje propusnosti, kontrola bujanja i dr.

Strojevi za zbijanje mogu djelovati statički i dinamički, a odabir stroja kojim vršimo zbijanje je jako važan i biramo ga ovisno o cilju zbijanja, o rokovima građenja, ugovorenoj cijeni i svojstvima materijala koji se zbija. Strojevi sa statičkim djelovanjem su glatki čelični valjci, ježevi i valjci na pneumaticima, a strojevi s dinamičkim djelovanjem su vibrovaljci, vibroježevi, vibroploče, vibronabijači, eksplozivni i mehanički nabijači. Također, postoje i kompaktori. Kompaktori, kao što vidimo, kod prethodno nabrojanih strojeva, nisu navedeni ni u jednoj skupini (ostavljeni su u zasebnoj skupini), a u ovom radu su stavljeni u skupinu strojeva za statičko i dinamičko zbijanje jer mogu pripadati (i pripadaju) u skupinu sa statičkim i dinamičkim djelovanjem, ovisno o literaturi.

Svaki stroj je najpogodniji za zbijanje neke vrste zemljanog materijala te ga prema tome i odabiremo. Glatki valjci su pogodni za zbijanje kamene podloge, drobljenca i općenito za zaglađivanje svih površina, ježevi za zbijanje koherentnih materijala, valjci s gumenim kotačima (pneumaticima) za koherentne i nekoherentne materijale. Glatki vibrovaljci se koriste kod zbijanja nekoherentnih materijala (pijesak, šljunak), a vibroježevi za koherentne materijale i sitnozrnate materijale. Kod nevezanih materijala upotrebljavamo uređaje za zbijanje pomoću udara ili izazivanja vibracija. Za sitnije materijale efikasnije su veće frekvencije sredstava za zbijanje zbog rezonancije. Zbijanje vezanih materijala ne radimo pomoću vibracija, nego gnječenja materijala.

Kod naziva strojeva koji se koriste za zbijanje, vidjeli smo da je korištenje naziva kompaktor neujednačeno te ovisi o autoru, proizvođaču, državi i dr., te je taj naziv potrebno pažljivo koristiti jer ima više značenja. Međutim, kako se ovaj rad ne bavi posebno analizom kompaktora, navedeni su i prikazani slikama neki od strojeva koji u literaturi korištenoj za pisanje ovog rada, imaju taj naziv. Sam naziv kompaktor navodi da stroj zbija (kompaktira) neki materijal što je svakako točno, ali značenje tog naziva nije još u potpunosti razjašnjeno i nema jednoznačno, odnosno univerzalno značenje.

6. REFERENCE

[1] BOMAG, FAYAT GROUP, MAKING A BIG IMPRESSION, str. 26, 27., dostupno na: https://bsa.bomag.com/bsa/boo/pdf_files/PRE104018_1704.pdf#toolbar=1&statusbar=1&messages=0&pagemode=thumbs&view=Fit (11.07.2017.)


[2] BOMAG, FAYAT GROUP, TECHNICAL DATA, str. 2., dostupno na: https://bsa.bomag.com/bsa/boo/pdf_files/PRE46200010_SA01.pdf#toolbar=1&statusbar=1&messages=0&pagemode=thumbs&view=Fit (11.07.2017.)

[3] Brandl, H.: Zbijanje tla i drugih zrnatih materijala za građevine, Građevinar, vol. 54, broj 9, 2002., str. 513-527. [4] Caterpillar: CAT nabijač zemlje (tla) s jednim valjkom, prijevod 06/16, Q9DC1565-08 (05/16), 2016., str. 3., 26. [5] Coquand, R.: Putevi, saobraćaj-trasiranje, građenje I-II, Građevinska knjiga, Beograd, 1961., str. 252-254.; 259-263. [6] Ferenšćak, M.: Mehanizacija u građevinarstvu, priručnik, Tehnička knjiga, Zagreb, 1966., str. 168-219. [7] Flögl, S.: Gradnja šumskih putova i pruga, Poljoprivredni nakladni zavod, Zagreb, 1955., str. 158-161. [8] Gotić, R., Gotić, I.: Temeljenje građevina na poboljšanom tlu, Građevinar, vol. 53, broj 2, 2001., str. 75-81. [9] Greacen, L. E., Sands, R.: Compaction of Forest Soils, A Review, Australian Journal of Soil Research, 18, 1980., str.

163-189. [10] http://www.argradnja.com/gradjevinske-masine-masine-za-sabijanje.php# (13.07.2017.) [11] Kleiner, I.: Reagiranje – zbijanje tla i drugih zrnatih materijala za građevina (2), Građevinar, vol. 54, broj 12,

2002., str. 741-742. [12] Kovač, B., Brana, P., Vidaković, D.: Tehnologija građenja – nastavni materijali, za predmet tehnologija građenja

na dodiplomskom studiju Građevinskog fakulteta Sveučilišta Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku, 2006., str. 37-40. [13] Kovačević-Zelić, B.: Plitko zbijanje, Sveučilište u Zagrebu, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, dostupno na:

https://rudar.rgn.hr/~bkzelic/pdf/2.plitko%20zbijanje-09.pdf (30.06.2017.) [14] LAGER: Lager magazin, br. 116, 2011., str. 44. [15] Linarić, Z.: Leksikon osnovne građevinske mehanizacije, 2004., str. 15, 27., dostupno na:

https://www.grad.unizg.hr/_download/repository/a-leksikonstrojeva.pdf (11.07.2017.)

[16] Linarić, Z.: Učinak građevinskih strojeva, str. 26., dostupno na: https://www.grad.unizg.hr/_download/repository/b-ucinakgradevinskihstrojeva.pdf (11.07.2017.)

[17] Matešić, L.: Predavanje - Geotehničke konstrukcije, stabilnost nasipa, 2013./2014., dostupno na: https://helpdesk.uniri.hr/system/resources/docs/000/001/870/original/Geoteh_Konstr_P10_Stabilnost_nasipa.pdf?1390571339 (30.06.2017.)

[18] Metode poboljšanja tla, Postupci i metode stabilizacije tla i posteljice, stabilizacija zbijanjem, 2012., str. 7, 8. [19] Mirković, S.: Građevinska mehanizacija, Građevinska knjiga, Beograd, 2005., str. 153-169. [20] Mulavdić, E.: Tehnologija i organizacija građenja – koncept predavanja, Građevinski fakultet u Sarajevu,

dostupno na: http://www.gf.unsa.ba/portal/tehiorggradjenja/TIOGpred8.pdf (30.06.2017.) [21] MULTIQUIP INC: Soil Compaction Handbook, Carson, REV. A (0212_BD), 2011., str. 4, 13. [22] Neumann, E.: Savremeno građenje puteva, Građevinska knjiga, Beograd, 1963., str. 256-265. [23] Opći tehnički uvjeti za radove u vodnom gospodarstvu, Knjiga 1, 2. poglavlje – zemljani radovi, Građevinski

fakultet sveučilišta u Zagrebu i INSTITUT IGH d.d., Zagreb, 2010., str. 2-43. [24] Peurifoy, L. R., Schexnayder, J. C., Shapira, A.: Construction Planning, Equipment and Methods, Seventh

Edition, McGraw-Hill, 2006., str. 115-131. [25] Rukavina, T., Dragčević, V., Lopuh, S., Rajić, S.: Metode stabilizacije slabo nosivog tla pri izgradnji prometnica,

Građevinar, vol. 59, broj 4, 2007., str. 301-309. [26] SKY MONT, www.skymont.rs/ostalo (05.07.2017.) [27] Slunjski, E.: Strojevi u građevinarstvu, Hrvatsko društvo građevinskih inženjera, Zagreb, 1995., str. 136-150. [28] Stefanović, N. A.: Građevinske mašine I, Građevinska knjiga, Beograd, 1980., str. 422-460. [29] Tarawneh, B., Matraji, M.: Poboljšanje tla pomoću brzog udarnog zbijanja: studija slučaja u Dubaiju, Građevinar,

vol. 66, broj 11, 2014., str. 1007-1014. [30] Tehničar građevinski priručnik 1, Građevinska knjiga, Beograd, 1975., str. 959-974. [31] Tehničar građevinski priručnik III, Građevinska knjiga, Beograd, 1966., str. 35-46. [32] The Constructor, Civil Engineering Home: Different Types of Soil Compaction Equipment – Types of Rollers,

https://theconstructor.org/geotechnical/soil-compaction-equipments-roller-types/9389/ (16.07.2017.)

[33] Thompson, J. M., White, J. D.: Estimating Compaction of Cohesive Soils from Machine Drive Power, Journal of Geotehnical and Geonvironmental Engineering, 134, 2008., str. 1771-1777.

[34] Trbojević, B.: Građevinske mašine, sedmo dopunjeno i prerađeno izdanje, Građevinska knjiga, Beograd, 1985., str. 143-157.

[35] UMR: Compaction Equipment, Part 6, dostupno na: http://web.mst.edu/~rogersda/umrcourses/ ge441/online_lectures/compaction/GE441-Lecture2-6.pdf (01.07.2017.)

[36] UMR: Compaction Methods, Part 7, dostupno na: https://web.mst.edu/~rogersda/umrcourses/ge441/ online_lectures/compaction/GE441-Lecture2-7.pdf (30.06.2017.)

[37] Vidaković, D.: Izbor i planiranje rada strojeva za zemljane radove kod izvedbe podzemnih vodova, Zbornik radova PLIN 2011, 2011., str. 21-1 – 21-10.


[38] Vidaković, D.: Učinci građevinskih strojeva, dostupno na: http://gfosweb.gfos.hr/portal/images/stories/studij/strucni/tehnologija-i-strojevi-za-gradjenje/Predavanja-UCINCI_%20STROJEVA.pdf (30.06.2017.)

[39] Wacker Neuson, Sabijanje tla, Wacker Neuson Konzerns, München, 2010., str. 31., 50-57., dostupno na: http://www.l-ring.hr/Uploads/Tehnologija%20sabijanja/HR_WN_BRO2_SGF_Bodenverdichtung.pdf (30.06.2017.)

Documents

STROJEVI ZA ZBIJANJE ZEMLJANIH MATERIJALA - … · Kod odabira brzine valjanja je mnogo učinkovitije smanjivati brzinu prodiranja ako je energija, koja se troši, konstantna. Postoji