SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GEOTEHNIČKI FAKULTET MIRO HORVAT IZBOR I PRIMJENA STROJEVA I OPREME ZA ZBIJANJE ZEMLJANIH I KAMENIH GRADIVA ZAVRŠNI RAD

Transcription

1 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GEOTEHNIČKI FAKULTET MIRO HORVAT IZBOR I PRIMJENA STROJEVA I OPREME ZA ZBIJANJE ZEMLJANIH I KAMENIH GRADIVA ZAVRŠNI RAD VARAŽDIN 2010.

2

3 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GEOTEHNIČKI FAKULTET ZAVRŠNI RAD IZBOR I PRIMJENA STROJEVA I OPREME ZA ZBIJANJE ZEMLJANIH I KAMENIH GRADIVA KANDIDAT : MIRO HORVAT MENTOR: doc. dr. sc. STJEPAN STRELEC VARAŽDIN 2010.

4 1. UVOD ZBIJANJE Optimizacija zbijanja Kontrola zbijanja Podloga zbijanja Ponašanje tla pri zbijanju Krupnozrna tla, nevezana (nekoherentna) tla Sitnozrna tla, vezana (koherentna) tla Mješovita (nekoherentna i koherentna) tla METODE ZBIJANJA POVRŠINSKO (PLITKO) ZBIJANJE Strojevi za zbijanje sa statičkim djelovanjem Ježevi Valjci s glatkim čeličnim kotačima Valjci na pneumaticima Strojevi za zbijanje sa dinamičkim djelovanjem Vibro valjci Vibro ježevi Vibro nabijači Vibro ploče Optimalne veličine debljine slojeva za zbijanje Volumni učinak strojeva za zbijanje Izbor strojeva za zbijanje prema svojstvima tla DUBOKO ZBIJANJE Dinamička konsolidacija tla Vibroflotacija tla LABORATORIJSKI POKUS ZBIJANJA... 36

5 6.1. Proctorov pokus Standardni Proctorov pokus Modificirani Proctorov pokus Tipičan izgled krivulja zbijanja za Proctorov pokus ZAKLJUČAK LITERATURA SAŽETAK... 41

6 1.UVOD Najčešća, najveća i najmasovnija skupina graditeljskih radova su zemljani radovi temeljnoga radnog sadržaja: iskopati materijal u tlu, premjestiti ili prevesti iskopani materijal na određenu lokaciju (eventualno obaviti preradu materijala), te premješteni materijal nabiti do projektom predviđene zbijenosti tla. Svojstva prirodnih materijala tla razlikuju se pa ih dijelimo prema normativima za temeljenje građevinskih objekata u tri temeljne vrste: stijena monolitna ili trošna, nevezani materijali drobina ili obluci, šljunak i pijesak, vezani materijali prah, glina i treset. 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. 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 ipak nije tako jednostavna, a ovisi o brojnim međusobno povezanim faktorima koji opet ovise o cilju i načinu zbijanja, te o opremi koja se koristi za zbijanje. Važan utjecaj na nevezane i vezane materijale ima voda, pa razlikujemo suhe nevezane materijale, malo vlažne i zasićene vodom, dok vezani materijali mogu biti čvrsti, polučvrsti, teško gnječivi, lako gnječivi i žitki. Prirodne materijale nadalje dijelimo prema porozitetu: nevezani mogu biti vrlo zbijeni, zbijeni i srednje zbijeni, a vezani vrlo malo porozni, malo porozni, srednje porozni, jače porozni i vrlo porozni. Za ocjenu pogodnosti ugradbenog materijala, njihove osjetljivosti pri promjeni vlažnosti, izbor uređaja za zbijanje i kontrolu kvalitete zbijanja potrebno je napraviti Proctorov pokus. 1

7 2. ZBIJANJE Zadatak zbijanja je popravljanje građevinsko tehničkih svojstava tla smanjenjem volumena pora ispunjenih zrakom, a djelomično i vodom te gušćim slaganjem čestica. Slika 1. Smanjenje volumena pora zbijanjem Postignuta zbijenost ovisi o strojevima za zbijanje, kao i o samom postupku, o vrsti tla, sadržaju vode i deformabilnosti podloge. Različiti materijali ne reagiraju jednako na pojedine strojeve. Efekti zbijanja: povećanje posmične čvrstoće, povećanje nosivosti, smanjenje stišljivosti i slijeganja, smanjenje propusnosti, smanjenje potencijala likvefakcije, kontrola bujanja. Činitelji koji imaju najveći utjecaj na zbijanje su: vrsta materijala koji se zbija, stanje vlažnosti materijala, tražena zbijenost materijala, primjena strojeva. 2

8 2.1. Optimizacija zbijanja Tu se radi o kvaliteti zbijanja, o potrebnoj energiji i vremenu zbijanja, te o potrebnim geotehničkim parametrima materijala koji se zbija. Pretjerano zbijanje i ponovno rahljenje tla treba izbjegavati ništa manje negoli heterogeno, tj. neujednačeno zbijanje. Stoga se može reći da je cilj suradnje između geotehnike i strojarstva zapravo razvoj "inteligentne" opreme za zbijanje koja će sama reagirati na lokalne promjene svojstava zemljanog/zrnatog materijala i to automatskim mijenjanjem odgovarajućih strojarskih parametara. Valjci opremljeni sustavima za automatsko reguliranje stupnja zbijanja (tj. vibriranja/osciliranja) već se smatraju značajnim korakom u tom pravcu jer se time zbijanje podiže s razine rutinskog umijeća na razinu složenoga tehničkog procesa utemeljenog na odgovarajućim znanstvenim postavkama Kontrola zbijanja Kontrolu treba obavljati već i tijekom postupka zbijanja. Od prvenstvenog je značenja baždarenje kontrolnih podataka utemeljeno na reakciji između tla i opreme za zbijanje. Broj kontrolnih ispitivanja nakon zbijanja treba smanjiti i u tom se smislu trebaju prorijediti sadašnja tradicionalna slučajna ispitivanja nakon zbijanja. S druge strane, sve veća se važnost treba pridavati kontinuiranoj kontroli zbijanja (s pomoću kontrolnih uređaja koji su sastavni dio opreme za zbijanje). Dodatni je inovacijski korak razvoj "inteligentnog" valjka, koji ne određuje samo vrijednosti bezdimenzionalnog dinamičkog zbijanja, već definira i dinamičke module, a sve to registriranjem i interpretiranjem stalno promjenljivih odnosa između tla i valjka 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, može se dogoditi, da se naneseni sloj ne može zbiti na traženu vrijednost zbog toga jer podloga apsorbira energiju zbijanja. Ovaj je utjecaj veći i jasnije izražen na tlima, koja treba zbijati u 3

9 neznatnim visinama nasipnog sloja na mekanoj podlozi (prvi slojevi nasipa do posteljice, za nosive slojeve preko slabog nasipa ili usjeka i za slojeve za zaštitu od smrzavice) Ponašanje tla pri zbijanju Bez obzira na postojeće klasifikacije materijala tla, obzirom na različita svojstva pri zbijanju tla se dijele u tri grupe: krupnozrna, nevezana (nekoherentna) tla, sitnozrna, vezana (koherentna) tla, mješovita tla, (mješavina krupnozrnatih i sitnozrnatih). TLO PRIJE ZBIJANJA NAKON ZBIJANJA Nekoherentno Koherentno Slika 2. Tlo prije i nakon zbijanja 4

10 Krupnozrna, nevezana (nekoherentna) tla Rahlo nevezano tlo zbija se djelovanjem vibracija. Uslijed vibracija gotovo nestaju sile unutrašnjeg trenja. Djelovanjem vlastite težine i djelomično prisutne težine stroja za zbijanje, tlo se počinje slagati. Manja zrna upadaju u šupljine između većih zrnaca. Dobivamo gušću strukturu nevezanog materijala. Ako su vibracije prenesene na tlo od stroja za zbijanje vrlo velike, a iznad materijala koji vibrira nema težine (stroja ili materijala) da stvori tzv. prigušeno titranje, materijal će se u gornjem sloju razrahliti, a katkada i segregirati. Opterećenje se prenosi izravno trenjem sa čestice na česticu. Prigušenje i ublažavanje djelovanja vibracija vrlo je malo. Za nevezani materijal jačina vibracija (veličina amplitude) ima relativno malo značenje pri zbijanju. Posljedica izravnog preuzimanja sile bez prigušenja je veća dubina djelovanja strojeva za zbijanje. Sadržaj vode relativno malo djeluje na deformacijske sposobnosti kao i na nosivost tla. Praktično su najmanje osjetljiva na vodu te povećanjem udjela sitnih čestica, povećava im se osjetljivost na vodu. Može se reći da kod ovih materijala voda uglavnom nema veći utjecaj na deformabilnost odnosno nosivost. Za zbijanje nevezanih, nekoherentnih materijala važni su utjecajni činitelji: granulometrijski sastav materijala, oblik zrnaca, sadržaj vode. Najvažniji utjecajni činitelj za zbijanje je njegov granulometrijski sastav. Kao mjera za granulometrijski sastav upotrebljava se koeficijent nejednolikosti U. Usko stupnjevana tla su tla sa zrncima približno iste veličine te imaju malu vrijednost koeficijenta nejednolikosti U, dok široko stupnjevana tla su tla sa različitim veličinama zrnaca te imaju visoki koeficijent nejednolikosti U. Široko stupnjevana tla mogu se bolje zbijati od usko stupnjevanih. Uz istu energiju zbijanja sa široko stupnjevanim tlima postiže se veća suha prostorna težina. 5

11 S porastom gustoće: povećava se posmična čvrstoća, smanjuje se deformabilnost tla, povećava se vrijednosti modula stišljivosti tla Ms, poboljšava se otpornost zbijenog sloja na djelovanje gradilišnog prometa. Sastav zrnaca krupnozrnatih tla može se mijenjati zbijanjem zbog razaranja slabijih pojedinačnih zrnaca. Mjera ovog smanjenja zrnaca ovisi o: mineraloškom sastavu i čvrstoći zrnaca, težini valjka ili vibrovaljka, veličini amplitude pri vibraciji. U krupnozrnatim tlima nema sila kohezije. U dobro stupnjevanom tlu s dosta sitnijih čestica može se uz prisustvo vode javiti tzv. prividna kohezija. Oko sitnijih čestica stvara se lažan dojam, povezanosti materijala silama kohezije. Pojava je to vidljivija, što je materijal sitnozrnatiji. Saturacijom, ispunom svih šupljina sitnog materijala vodom nestaje prividna kohezija, a materijal se pretvara u žitku masu. Sposobnost preuzimanja opterećenja nevezanog materijala sastoji se iz trenja između pojedinih čestica i prividne kohezije Sitnozrna, vezana (koherentna) tla Slabijim vibracijama ne može se svladati prisutna sila kohezije zbijanjem materijala. Treba dovoljno velika udarna sila stroja za zbijanje, dovoljno velika amplituda, odnosno dosta velika težina stroja za zbijanje tla. Veća težina stroja ima veće značenje, nego na nevezanom zemljanom materijalu. Vezano tlo, koje sadržava glinu 6

12 koja ima pojedinačne čestice u obliku plosnatih listića ili sitnih kuglica, formira u prirodi raznoliku strukturu: lančanu, mrežastu, pahuljastu. Ovakva struktura vezanog tla upija (prigušuje, amortizira) opterećenja ili udarce izazvane strojem za zbijanje znatno bolje, nego nevezano tlo. Vezano tlo se osim toga znatno razlikuje od nevezanog u ponašanju uz veći ili manji sadržaj vlage. Vezani zemljani materijal može se zbijati samo dok mu je sadržaj vode niži od granice tečenja odnosno dok je relativno suh. U vezanom materijalu sila posmika ovisi o vlažnosti, s time da s povećanjem vlažnosti pada, a kod granice tečenja praktično dosiže vrijednost blizu nuli. Drugim riječima velik utjecaj na zbijanje vezanog materijala ima: vlažnost, veći udari (amplitude), veća težina stroja. Za zbijanje sitnozrnatih, vezanih (koherentnih) tla presudni su utjecajni činitelji: sadržaj vode, plastičnost, sastav zrnaca. U jedinici volumena radi veće specifične površine zrnaca imaju znatno veću sposobnost absorpcije vode, kao i izraženiju međusobnu vezu pojedinačnih zrnaca koheziju. Svojstva zbijanja i deformabilnosti proporcionalna su sadržaju vode i njihovim plastičnim svojstvima. Porastom sadržaja vode sitnozrnato tlo prelazi od čvrstog, preko polučvrstog i mekanog u kašastu konzistenciju, uslijed čega se: smanjuje njegova čvrstoća, smanjuje prionljivost čestica jedne uz drugu (kohezija), smanjuje nosivost, povećava se deformabilnost. 7

13 Različite mogućnosti vezanja vode sitnozrnih tla ovise o njihovoj plastičnosti (razlika sadržaja vode između granica tečenja i granice skupljanja). Vezana tla su pri zbijanju osjetljivija na promjene sadržaja vode, ako im je plastičnost manja. Porastom plastičnosti tla, smanjuju se apsolutne vrijednosti postignute suhe gustoće, uz jednako utrošenu energiju zbijanja. Porastom gustoće slaganja zrnaca u zbijenom tlu, pa i uz porast plastičnosti smanjuje se propusnost tla, a time i mogućnost primanja vode. Na taj se način smanjuje opasnost da se tlo razmekša i nabubri. Zbijanje sitnozrnatih tala moguće je zbog njihove relativno neznatne vodopropusnosti samo dok još u tlu postoji dio zrakom ispunjenih pora. Tla blizu granice potpunog zasićenja vodom mogu se zbijati samo ograničeno ukoliko se paralelno omogući: izdvajanje vode iz tla odvodnjom ili zračenjem, podizanje graničnog sadržaja vode stabilizacijom dodatkom vapna. Porastom vlažnosti, općenito pada nosivost. Ekonomičnije je zbijati vezani materijal uz još maksimalnu moguću vlažnost, pri kojoj se još može dobiti tražena gustoća materijala. Stroj za zbijanje tada djeluje na veću dubinu (radi slabije nosivosti tla), pa tako zbija veću količinu materijala tla Mješovita (nekoherentna i koherentna) tla Osim pijeska, šljunka i većeg kamenja sadržavaju vezana sitna zrna mulja i gline. Teže je dati određene karakteristike za zbijanje i to zbog nedefiniranosti postotka vezanog, odnosno nevezanog materijala u mješavini. Može se konstatirati da vibracije stroja trebaju imati veće amplitude (manji broj titraja). Osim toga, budući da za vezani materijal treba i veća težina (radi svladavanja sila kohezije), strojevi za zbijanje moraju biti i znatno teži. Ovisnost mogućnosti zbijanja miješanih materijala o vodi, uvjetovana je u prvom redu postotkom sitnih čestica. Što je veći postotak sitnih čestica veća je i ovisnost o sadržaju vode. 8

14 Na zbijanje mješovitih tla, koja predstavljaju mješavine krupnozrnatih nevezanih i sitnozrnatih vezanih materijala utječe: odnos u mješavini krupnijih i sitnih zrna, sadržaj vode finih zrnaca, sastav i plastičnost finih zrnaca. Mješovitim tlima pripadaju: zaglinjeni pijesci i šljunci, vezana rastrošena kamenita tla, muljeviti, glinoviti pijesci i šljunci, otpaci iz kamenolama pomiješani s glinom, iskopi u miješanom materijalu zemljakamen. Svojstva zbijanja i deformabilnost određeni su: sadržajem vode i plastičnošću sitnih zrnaca, granulometrijskim sastavom i oblikom krupnih zrna, neposrednim odnosom mješavine sitnih i krupnih zrna. Postignuta suha prostorna težina raste pri istoj energiji zbijanja s povećanjem udjela krupnih zrna, a nakon izvjesne granice počinje padati, zbog nemogućnosti krupnozrnatog materijal da ispuni sve šupljine između većih zrnaca. Sama krupnija zrna u jednom materijalu ne daju najveću suhu prostornu težinu iz razloga što između zrna postoje velike šupljine (pore). Najviše vrijednosti suhe prostorne težine postižu se pri udjelu finih zrnaca od 5 do 30%. Mješavine tla s glatkim zaobljenim pojedinačnim zrnima podatljivije su za zbijanje od mješavina s grubim, hrapavim, uglatim pojedinačnim zrncima, ali su deformabilnije i sklonije segregaciji. 9

15 3. METODE ZBIJANJA Metode: Površinsko (plitko) zbijanje Duboko zbijanje Slika 3. Shematski prikaz površinskog i dubokog zbijanja Opći aspekti dubokog i površinskog (plitkog) zbijanja Zemljani i drugi zrnati materijali mogu se zbijati na više načina, a postupak koji ćemo odabrati ovisi o cilju zbijanja, o svojstvima materijala koji se zbija, o opremi za zbijanje, o rokovima građenja, o ugovorenoj cijeni itd. Primjenjuju se ovi postupci zbijanja: statičko, vibracijsko, oscilacijsko, kružno, gnječenjem, tlačno, udarno, eksplozivno, kombinirano. Ti se postupci mogu provoditi kao zbijanje: kontinuirano, ciklično, isprekidano, povremeno. Osim toga ti se postupci mogu provoditi pri različitim stanjima naprezanja (malo srednje ili veliko naprezanje) i uz nanošenje različite energije (mala, srednja ili velika vrijednost) što također utječe na rezultate. Na primjer, anizotropno ponašanje zbijenih slojeva i omjer između, vrijednosti nanesene energije, vrijednosti naprezanja te naravno i o parametrima zemljanog ili drugog zrnatog materijala. 10

16 4. POVRŠINSKO (PLITKO) ZBIJANJE Plitko ili površinsko zbijanje jedna je od najstarijih metoda poboljšanja svojstava tla. Obzirom na dugu primjenu ove metode postoji veliki raspon mehanizacije, koja se razlikuje po veličini, obliku i načinu rada. Površinsko zbijanje svakako je glavno područje zbijanja zemljanih i zrnatih materijala u slojevima. Kvalitetno zbijanje traži se za: ceste i autoceste, željeznice, uzletnosletne staze, zračne luke, parkirališta, savitljive temelje na zrnatom materijalu (npr. za spremnike), plitke temelje na zamijenjenom tlu, nasipavanje iza objekata (zidovi, potporni objekti, upornjaci na mostovima), zatrpavanje jaraka (naročito jaraka za vodoopskrbne sustave), potporne konstrukcije (npr. armirano tlo), ispune na objektima (npr. rešetkasti zid od montažnih elemenata), nasipe za prometnice, nasipe za zaštitu od poplave, zemljane brane i brane od kamenog nasipa za hidroelektrane, nasipe za zaštitu od odrona kamenja, klizanja tla i lavina, nasipe za industrijski mulj, zamjenske nasipe i potporne nasipe na pokosima (povećanje stabilnosti pokosa), brtvene slojeve na odlagalištima otpada. U odnosu na način djelovanja razlikuju se: strojevi za zbijanje sa statičkim djelovanjem strojevi za zbijanje sa dinamičkim djelovanjem 11

17 4.1. Strojevi za zbijanje sa statičkim djelovanjem Ježevi Općenito: Ježevi su vrsta strojeva za zbijanje. Među prvima su se pojavili za zbijanje nasipnog materijala, a djeluju vlastitom težinom gnječenjem materijala. Pogodni su za zbijanje koherentnog materijala, pa se za takav materijal isključivo i rabe. Mogu biti vučeni ili samohodni. Kreću se brzinom od 4 do 5 km/h. Sila pritiska bodlja ježa iznosi N/cm 2. Naziva se još i kao valjak sa ovčjim nogama. Konstrukcija: Jež se sastoji od glatkog valjka, savijenog od lima debljine I530 mm, postrance zatvorenog. Po obodu valjka raspoređene su bodlje konusnog oblika ili oblika ovčje noge sa svrhom da pri valjanju prodire u nasuti sloj te da ga počnu nabijati u donjem dijelu. Visina bodlje iznosi 18 do 23 cm, a na četvorni metar dolazi 10 do 12 bodlja. Podjela ježeva prema ukupnoj masi je sljedeća: ježevi srednje težine od 2 do 4 t, teški ježevi od 8 do 14 t, specijalni ježevi (velikih dimenzija) od 60 do 100 t. Primjena: Prilikom valjanja ježeve najčešće grupiramo po dva, tri ili čak četiri komada zajedno. Tako grupirani imaju mogućnost prilagođavanja neravninama na nasipu. Ako nisu samohodni, ježeve vuku traktori gusjeničari. Koriste se posebno za zbijanje glinovitih materijala. Traktori kojima se vuku ježevi imaju obično snagu od 35 do 50 kw. Debljina nasutog sloja smije biti najviše 1,2 visine bodlje ježa kojim se nabija sloj. 12

18 Za potrebnu nabijenost nekog sloja jež mora prijeći 10 do 12 puta uz pretpostavku da je nasipni sloj optimalno vlažan i da veličina bodlja odgovara debljini sloja. Znakovito je da jež nabija nasipni sloj od donjeg dijela prema gore. Težina ježa povećava se tako da se u šupljinu unutar plašta valjka stavlja voda, odnosno pijesak za još veću težinu. Postoje ježevi koji umjesto savijenoga limenog plašta imaju plašt od rešetke. Njih se često opterećuje zbog veće težine betonskim blokovima. Koriste se za koherentne materijale. Efikasnost ježa potiče otuda da se pri kotrljanju cjelokupna njegova težina koncentrira na razmjerno malu površinu gaženja nogama duž jedne izvodnice. Pošto valjak tone u svježe nasuti sloj za visinu svoje noge, prvo se zbijaju najniže čestice 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. Vučna sila za kretanje određenog valjka zavisi od tla koje se zbija, kako i od brzine kretanja. Praktični učinak: Slika 4. Jež v radna brzina ježa (km/h) d debljina sloja nakon zbijanja (m) d' debljina sloja prije zbijanja (m) b korisna širina ježa (m) n broj prijelaza ježa K v koeficijent iskorištenja radnog vremena 13

19 Valjci s glatkim čeličnim kotačima Općenito: Usporedno s ježevima pojavili su se i valjci s glatkim čeličnim kotačima, a pripadaju u vrstu građevinskih strojeva koji djeluju vlastitom težinom, odnosno statički. Valjci su strojevi za zbijanje valjanjem većih masa zemljanih, kamenih vezivom stabiliziranih materijala, krupnozrnih betona (tzv. valjani betoni), kao i asfaltnobetonskih površina. Mogu biti vučeni valjci i samohodni valjci. Prvi valjci bili su na parni pogon, a danas su uglavnom na motorni pogon sa hidrauličkim sistemom za kontrolu upravljanja. Konstrukcija: Sastoje se od okvirnog postolja koje se nalazi na širokim glatkim čeličnim kotačima. Na postolju je kućica te uređaj za upravljanje i pogon, pa su to pretežito samohodni valjci. Pogon je motorni, najčešće dizel ali može biti i benzinski. Upravljanje prednjim kotačem je hidrauličko. Pogon je najčešće na zadnjim kotačima. Mogu biti: laki, srednji i teški valjci. Dijelimo ih na: valjak s jednim prednjim glatkim čeličnim kotačem i dva stražnja glatka čelična kotača koji su ujedno i pogonski, valjak s jednim prednjim i jednim stražnjim širokim glatkim čeličnim kotačem, koji se još naziva tandemvaljkom ( pogodan za završne slojeve asfalt ). Primjena: Koriste se za nabijanje kamenih podloga krupnijih granulacija, a osobito za završnu obradu već nabijenih nasutih slojeva. Značajka je tih strojeva da im pritisak naglo opada od površine prema donjim dijelovima sloja, dakle, suprotno od ježeva. Zato 14

20 se ti valjci koriste za površinska nabijanja ili za nabijanja u slojevima od 10 do najviše 20 cm debljine. Valjci s dva čelična kotača (tandemvaljci) koriste se za zaglađivanje završnih površina jer ne ostavljaju uzdužne tragove, kao što je to često u valjaka s tri čelična kotača, pa su pogodni za valjanje asfaltnih slojeva. Nedostatak je tog valjka što može prouzročiti valove ako se naglo zaustavlja i naglo pokreće, ili ako ga se nakon zaustavljanja dulje zadržava na jednome mjestu. Za svaku tonu mase valjka potrebna je snaga motora od 1,4 do 2,8 kw. 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. Proračun planskog učinka valjaka s glatkim čeličnim kotačima utvrđuje se isto kao i u ježa. STATIČKO ZBIJANJE Zbija uz pomoć vlastite mase i u tankim slojevima Ograničena dubina djelovanja Primjenjuje se za završetak valjanja asfalt (fini) asfalt (grubi) pjeskoviti šljunak Slika 5. Statičko zbijanje tla valjkom sa glatkim čeličnim kotačima 15

21 Praktični učinak Slika 6. Valjak s glatkim čeličnim kotačem v radna brzina valjka (km/h) d debljina sloja nakon zbijanja (m) d' debljina sloja prije zbijanja (m) b korisna širina valjka (m) n broj prijelaza valjka K v koeficijent iskorištenja radnog vremena Valjci na pneumaticima Općenito: Valjci na pneumaticima (kotačima s gumama) pripadaju u skupinu strojeva koji nabijaju vlastitom težinom, uz dopunsko elastično djelovanje guma koje stvaraju bočne sile te pospješuju konsolidaciju nasipnog materijala. Jedna od glavni prednosti ovih valjka je finoća rada i brzina zbijanja bez udara. Valjci na kotačima s gumama mogu biti vučeni ili samohodni. Konstrukcija: Valjci na kotačima sastoje se od čeličnog sanduka, koji leži na većem broju guma ispunjenih zrakom. Sanduk se opterećuje, vodom, pijeskom ili utezima. Da bi se osiguralo podjednako prenošenje opterećenja na tlo treba postojati uređaj za jednaku raspodjelu tereta na sve kotače, bez obzir po kakvom se terenu kreću. 16

22 Valjci na pneumaticima dijele se na: vučene jednoredne valjke velike mase od 60 do 100 t, vučene dvoredne valjke mase do 15 t, samohodne valjke mase od 15 do 40 t. Primjena: Služi za zbijanje asfaltnobetonskih površina, zatim tanjih slojeva praha ili gline, konstrukcija od kamene sitneži približne veličine i granulometrijskog sastava. Najčešće se primjenjuje pri izgradnji cesta, nasutih brana i aerodromnih pista. Uobičajeni broj prelazaka preko jedne trake je od 6 do 10 prijelaza. Faktori koji utječu na debljinu sloja su opterećenje po jednom kotaču kao i pritisak zrak u gumama. Kod iste težine valjka, zbijanje će biti veće ukoliko je pritisak u gumama veći. Može osim statičkog načina zbijati i putem vibracija. Ima nekoliko pneumatika ispred i iza, čiji se tragovi djelomično preklapaju. Traženi parametri zbijanja postižu se promjenom mase valjka, broja prijelaza ili frekvencije vibriranja. Djelovanje takvih valjaka je površinsko, iako dublje od glatkih statičkih valjaka. Vučeni valjci imaju sanduk koji se puni priručnim zemljanim materijalom radi veće težine, a koriste se za valjanje nasipnog materijala, napose nižih slojeva u nasipu, tj. pri grubljim zemljanim radovima. Samohodni se koriste za završne slojeve. Efekat rada na zbijanju zavisi od tri osnovna parametra: opterećenje po kotaču. geometrija kotača i pritisak zraka. broj prelazaka. 17

23 STATIČKO ZBIJANJE Zbijanje se vrši uz pomoć vlastite težine i pritiska u kotačima Ključni parametri su pritisak u gumama i težina tereta valjka Kontaktni tlak je između do 0,80 MPa asfalt pijesak Slika 7. Statičko zbijanje tla valjkom na pneumaticima Praktični učinak U p = v d b n K v d=0,65 d v radna brzina valjka (km/h) d debljina sloja nakon zbijanja (m) d' debljina sloja prije zbijanja (m) b korisna širina valjka (m) n broj prijelaza valjka K v koeficijent iskorištenja radnog vremena Slika 8. Valjak na pneumaticima 18

24 4.2. Strojevi za zbijanje sa dinamičkim djelovanjem Vibro valjci Općenito: Vibro valjci su se pojavili tek godine Djeluju na tlo vlastitom težinom statički, a zbog vibracija i dinamički. Zbog dinamičkog djelovanja težina ovih valjka može biti znatno manja od težine valjka koji djeluju samo statički. Vibro valjci vibriraju bez odskoka, odnosno neprekidno ostajući u prisnom dodiru sa zbijajućom masom. Mogu biti vučeni i samohodni. Konstrukcija: Osnovni element vibro valjaka je vibrator koji, ovisno o konstrukciji, može stvarati kružne ili okomite vibracije. Vibro valjci mogu biti ručni sa jednim ili dva cilindra, samohodni sa dva tandem cilindra i vučeni sa jednim ili dva cilindra. Kod tandem valjka, samo jedan cilindar vibrira dok drugi djeluje statički i za upravljanje. U šasiji valjka smješten je sistem za pogon pobuđivača vibracija za koji se koristi dizelski ili benzinski motor. Težina vibro valjaka kreće se od 0,34 t za lake valjke do 5 t za teže valjke, a mogu biti i konstrukcije kao i glatki valjci. Primjena: Primjena vibrao valjaka je prvenstveno za zbijanje nevezanih materijala, iako daju dobre učinke i kod valjanja slabo koherentnih materijala. Vibracijama se, u odnosu na masu, djelovanje višestruko povećava (5 do 7 puta). Vibriranje ne treba koristiti na samom početku zbijanja i pri okretanju stroja jer se time stvaraju valovi na još mekom i svježe nasutom sloju. 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 19

25 stvarajući tako najveću moguću gustoću u nasipnom materijalu. Amplituda je veličina za koju se vibrirajuća masa pomiče goredolje od neke nulte crte. Što je veća masa koja vibrira, kao i amplituda, to je i dubina nabijanja veća. DINAMIČKO ZBIJANJE Zbija na principu statičkog djelovanja i dinamičke energije pjeskoviti šljunak Ključni parametri su vibraciona masa, statički teret, amplituda i frekvencija Zbija na principu statičkog djelovanja i dinamičke energije Slika 9. Dinamičko zbijanje tla vibro valjkom Praktični učinak: U p = v d b n K v d=0,65 d Slika 10. Vibro valjak v radna brzina valjka (km/h) d debljina sloja nakon zbijanja (m) d' debljina sloja prije zbijanja (m) b korisna širina valjka (m) n broj prijelaza valjka K v koeficijent iskorištenja radnog vremena 20

26 PRIMJENA VIBRO VALJAKA Tablica 1. PRIMJENA VALJAK PRITISAK kg/cm 2 AMPLITUDA mm FREKVENCIJA BRZINA VALJANJA kamenje glina 30 1, ,5 šljunak pjeskoviti šljunak 10 0, pijesak asfalt asfalt ,35 0,9 0, KLJUČNI PARAMETRI KOD ZBIJANJA VIBRO VALJKOM masa stroja statičko linearno vibracijska amplituda frekvencija opterećenje masa 2,5 26 t kg/cm 0,5 6,5 t 0,7 2,5 mm Hz šljunak asfalt 2 13 t kg/cm 0,5 2,5 t 0,2 0,9 mm Hz Slika 11. Parametri vibro valjka 21

27 Vibro ježevi Općenito: Vibro ježevi su strojevi koje se koriste za zbijanje tla koristeći dinamičko djelovanje. Predstavljaju modifikaciju valjka sa ovčijim nogama (ježa). Najčešće se izvode kao vučeni, a mogu biti i samohodni. Konstrukcija: Vibro ježevi opremljeni su širokim bodljima i uređajem za izazivanje frekvencija. Za pogon pobuđivača vibracija koriste se dizelski ili benzinski motor i cijeli sistem je smješten u šasiji valjka. Često se izvodi konstrukcija vučnog elementa kod kojeg se mogu mijenjati valjci tako da stroj može raditi kao vibro valjak ili vibro jež. Vibrirajuća 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 sadržajem vode. U zavisnosti od vrste materijala postižu se debljine zbijanja do 60 cm. Sposobnosti savladavanja strmina su do 45%. Debljina nasutog sloja mora biti jednaka dužini noge, i nikako ne smije prijeći 20% preko te debljine. Efikasnost ježa postiže se pri kotrljanju cjelokupne njegove težine koncentrirane na razmjerno malu površinu gaženja nogama duž jedne izvodnice. Pošto valjak tone u svježe nasuti sloj za visinu svoje noge, prvo se zbijaju najniže čestice sloja, pa postupno one gornje. Debljina pojedinih slojeva nasutih za nabijanje ne treba biti viša od visine nogu, čak treba biti i malo niža od njih. Sloj je nabijen kada se valjak kotrlja po njemu bez upadanja nogu. 22

28 Praktični učinak: U p = v d b n K v d=0,65 d Slika 12. Vibro jež v radna brzina vibro ježa (km/h) d debljina sloja nakon zbijanja (m) d' debljina sloja prije zbijanja (m) b korisna širina ježa (m) n broj prijelaza vibro ježa K v koeficijent iskorištenja radnog vremena Vibro nabijači Općenito: Vibro nabijači se samostalno kreću uslijed inercije prouzročene vibracijom, uz istodobno ručno usmjeravanje. Nazivaju se i stupnim nabijačima, jer u radu imaju uspravan položaj kao stup. Konstrukcija: Udarna ploča veličine 20x20 cm (D=20cm), pa sve do 80x80 cm (D=80 cm). Težina kompletnog uređaja 1 5 kn. Snaga pogonskog motora 1,5 3 kw. Primjena: Primjena u vrlo skučenom prostoru. Konstrukcija, način djelovanja i gabariti nabijača to omogućuju. S obzirom na odskok (10 do 20 cm) i težinu, udarna sila koja se dobije je 40 do 130 kn. Dubina djelovanja 40 do 100 cm. Prilikom rada, zbog 23

29 ekscentrično postavljene opruge, ploča sama putuje brzinom 10 do 15 m/min. Pravac i brzinu putovanja/zbijanja određuje rukovalac, putem rukohvata i komandi za rad motora. Praktični učinak: U = 60 h n broj udara nabijača u minuti b korisna širina vibro nabijača h debljina zbijenog sloja m potreban broj prijelaza K v koeficijent iskorištenja radnog vremena Slika 13. Vibro nabijač Vibro ploče Općenito: Vibro ploče su građevinski strojevi koje se koriste za zbijanje podloge od rastresitih, nekoherentnih materijala pjeska, šljunka, zemlje i sl. Radna širina ovih strojeva kreće se od 60 do 90 cm, zavisno od modela, a radna brzina se kreće od 15 do 20 m/min. Mogu savladati uspone čak do 25 %, te se mogu kombinirati dvije i više ploča u radu, a da njima upravlja jedan rukovalac. 24

30 Konstrukcija: Vibro ploče se sastoje od temeljne čelične ploče na koju je smješten pogonski motor odgovarajuće veličine, te sklop s ekscentrom koji izaziva vibracije. Površina ploče kod najlakših vibro ploča je m 2, a kod najtežih 1,2 m 2, dok im je vlastita pokretljivost od 12 do 25 m/min. Vibro ploče koriste motor s unutrašnjim sagorijevanjem (benzin, nafta). Imaju ugrađen vibrator sa frekvencijama koje se kreću od 40 do 80 Hz i tako su konstruirani da se u toku rada sami kreću naprijed (poskakuju), tako da je potreban netko da održava pravac kretanja, što se postiže upravljačem. Masa vibro ploča kreće se od 200 do 800 kg. Primjena: Koriste se za zbijanje slojeva od 40 do 80 cm, a najbolje djelovanje postižu u donjem djelu sloja. Vibracije se prenose preko čelične ploče na nasipni materijal, a proizvode 600 do 2000 udaraca u minuti, uz udarnu silu od 3,5 do 20 kn. Ako se vibro ploče kreću samo u jednom smjeru, nazivamo ih neverzibilnim vibro pločama, a ako se kreću naprijednatrag reverzibilnim pločama. DINAMIČKO ZBIJANJE neverzibilna vibro ploča reverzibilna vibro ploča Koristi se za tanke slojeve granuliranog materijala te bitumirane materijale šljunak Zbijanje se vrši pomoću dinamičke energije, ključni parametri su težina stroja, amplituda i frekvencija Koristi se za tanke slojeve granuliranog materijala te miješanih tla Slika 14. Dinamičko zbijanje vibro pločom 25

31 Praktični učinak: U U = n d K d debljina sloja koji se zbija n broj prelazaka ploče preko istog mjesta K v koeficijent iskorištenja radnog vremena U t teorijski učinak Slika 15. Vibro ploča Optimalne veličine debljine slojeva za zbijanje Tablica 2. STROJ TIP MASA t DEBLJINA SLOJEVA m kamen šljunak mješovito tlo glina BW 80 AD2 BW 90 AD2 BW 9002 BW 80 ADH2 BW 80 ADS BW 100 ADM2 BW 100 AD4 BW 120 AD4 BW 125 ADH BW 135 AD BW 138 AD BW 141 AD4 BW 141 AD4AM BW 151 AD4 BW 151 AD4AM BW 161 AD4 BW 161 AD4AM BW 161 ADH4 BW 202 AD4 BW 202 AD4AM BW 202 AHD4 BW 90 AC2 BW 100 AC4 BW 120 AC4 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 0,35 0,40 0,50 0,40 0,50 0,40 0,50 0,40 0,50 0,50 0,50 0,35 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 BW 24 RH** BW 27 RH** ,40 26

32 Tablica 3. STROJ TIP MASA kg DEBLJINA SLOJEVA m kamen šljunak mješovito tlo glina BT 60/4 BT 65/4 BT 80 D ,35 0,40 0,40 BP 6/30 BP 8/34 BP 10/362 BP 18/452 BP 18/45 D2 BP 25/48 BP 25/48 D BPR 25/453 BPR 25/45 D3 BPR 30/383 BPR 30/38 D3 H BPR 40/45 D3 H BPR 45/55 D BPR 50/52 D3 H BPR 55/65 D BPR 65/52 D3 BPR 65/70 D ,35 0,35 0,35 0,40 0,40 0,40 0,45 0,35 0,40 BPR 75/60 D3 BPR 75/60 HD3* BPH 80/65 S BPH 80/ ,50 0,50 0,50 0,60 0,70 0,60 0,60 0,40 0,50 0,40 0,40 Volumni učinak strojeva za zbijanje Tablica 4. STROJ TIP MASA t VOLUMINI UČINAK m 3 /h kamen šljunak mješovito tlo glina BW 124 DH3 BW124 PDH3 BW 145 D3 BW 145 DH3 BW 145 PDH3 BW 177 D4 BW 177 DH4 BW 177 PDH4 BW 177 DH4 BVC BW 179 DH4 BW 179 PDH4 BW 211 D4 BW 211 PD4 BW 213 D4 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,

33 BW 213 DH4 BW 213 PDH4 BW 213 DH4 BVC BW 213 DH4 BVC/P BW 214 DH4 BW 214 PDH4 BW 216 D4 BW 216 DH4 BW 216 PDH4 BW 219 DH4 BW 219 PDH4 BW 226 PDH4 BW 226 DH4 BW 225 D4 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, BW 6 BW 6 S 5,9 6, Izbor strojeva za zbijanje prema svojstvima tla Tablica 5. Materijal, tlo granulacijski materijal granulacijski materijal sa zemljom Optimalna vlažnost [%] Redosljed strojeva zbijanja tla prema povoljnosti Vibro valjak Pneumatski valjak Glatki valjak Vibro valjak Pneumatski valjak Glatki valjak fini čisti pijesak 9 15 Pneumatski valjak Glatki valjak prašina elastična prašina Valjkasti jež Pneumatski valjak Glatki valjak Valjkasti jež Vibro valjak Pneumatski valjak Glatki valjak prašinasta glina, ilovača Valjkasti jež Pneumatski valjak Glatki valjak elastična plastična glina, glina Valjkasti jež Vibro valjak Pneumatski valjak Glatki valjak 28

34 Tablica 6. IZBOR I PRIMJENA STROJEVA I OPREME ZA ZBIJANJE KAMENIH I ZEMLJANIH GRADIVA Vrsta gradiva Zemljani materijal (tla) Šljunci drobljenci (dobro minirana stijena) stroj Organski materijal (humus) prašina glina kredna tla glinoviti pijesci čisti loše graduirani pijesci čisti dobro graduirani pijesci loše graduirani šljunci dobro graduiran šljunci vrlo krupni komadi šljunka 1.statički glatki valjak moguća uporaba za svakodnevno zatvaranje i glađenje nakon glavnog zbijanja neučinkoviti nikako ili slabo učinkoviti razmjerno učinkovit nikako ili slabo učinkovit neučinkovit 2. vibro jež 3. valjak na pneumaticima moguća uporaba moguća uporaba dobro prilagođen i učinkovit razmjerno ili slabo učinkovit prilagođen, razmjerno učinkovit vrlo uporabljiv odnosno dobro prilagodljiv neučinkovit odnosno neuporabljiv razmjerno učinkovit slabo učinkovit dobro prilagodljiv slabo prilagodljiv neuporabljiv neučinkovit 4. vibro valjak glatki moguća uporaba za svakodnevno zatvaranje i glađenje nakon glavno zbijanja dobro do prilično dobro prilagodljiv razmjerno učinkovit dobro prilagodljiv kad je težak vrlo je učinkovit 5. vibro ploča 6. vibro nabijač izbjegavati uporabu moguća uporaba izbjegavati uporabu moguća uporaba moguća uporaba dobro do prilično dobro prilagodljiva neučinkovit prilično dobro prilagodljiv razmjerno učinkovita slabo prilagodljiv dobro prilagodljv prilično prilagodljiv teška vrlo učinkovita 29

35 5. DUBOKO ZBIJANJE Dubinsko zbijanje se primjenjuje pri dinamičkoj konsolidaciji većih i dubljih prostora kohrenetnog ili nekoherentnog osobito aluvijalnog tla gdje zadana dubina konsolidacije prelazi tehničke mogućnosti uobičajenog površinskog zbijanja valjcima. Uspješnost primjene ovisi o: vrsti tla (granulometrijski sastav, postotak sitnih čestica), stupnju zasićenosti i RPV, početnoj gustoći tla, insitu stanju naprezanja, strukturi tla. Dubinsko zbijanje može se izvoditi kao: dubinsko zbijanje tla udarom ili dinamička konsolidacija tla, vibracijsko zbijanje ili vibroflotacija tla Dinamička konsolidacija tla Moguće je provoditi u svim vrstama tla u užem smislu (drobljeni kamen, pijesak i šljunak, šuta kao obliku građevnog otpada, glina, treset, sipki ili tekući pijesak i sl.). Ovaj način dinamičkog zbijanja tla poboljšava njegovu nosivost 2 do 4 puta, smanjuje stišljivost %, a povećava modul elastičnosti 3 do 8 puta. Dubinsko zbijanje tla udarom izvodi se slobodnim padanjem određene mase, oblika okrugle ili pravokutne ploče od željeza ili betona, sa veće visine na tlo. Nakon pada u tlu ostaju manji krateri koji se kasnije, radi izravnanja površine terena, zapunjavaju dodatnim sipkim gardivom te zbijaju uobičajenim vibrovaljcima. Visina padanja mase 30

36 je od 15 m (optimalno) do 40 m, a ostvarena dubina zbijanja od 10 m do 30 m. Masa koja pada može biti do 40 tona. Površina udara mase kojom se zbija nema veliki utjecaj na dubinu zbijanja ali ima utjecaj na broj udara na jednom mjestu. Ako je površina premala onda masa više tone pa je potrebna veća snaga i dulje vrijeme za njezino izvlačenje. Ako je prevelika onda se ne postiže dovoljno veliki tlak da tlo prijeđe u plastično stanje. Iskustvo pokazuje da se optimalne površine udara mase kreću između 3 i 6 m 2 za mase 8 do 16 t. Možebitni učinci ovog načina dinamičkog zbijanja tla bili bi primjerice, prema jednom izvoru, od do m 2 mjesečno. Slika 16. Dubinsko zbijanje tla udarom Dubina do koje se ostvaruju efekti zbijanja procjenjuje se prema izrazu: =, pri čemu je: W težina utega ( t ) H visina padanja ( m) n iskustveno 0,5 31

37 Na učinak dubinskog zbijanja udarom osobito utječe: količina mase koja pada, površina udara mase koja pada, visina pada mase, raspored mjesta udara po predviđenom području sabijanja tla udarom, vremenski razmak između udara, broj (serija) udara na jednom mjestu sabijanja, vremenski razmak između prijelaza na novo mjesto zbijanja udarom. Raspored mjesta udara se određuje pokusnim zbijanjem, utvrđivanjem područja utjecaja udara odnosno površine kratera koju čini udubljenje i okolno izdignuće tla. Broj udara na svakom mjestu određuje se pokusnim zbijanjem, mjerenjem dubine i promjera kratera kao i gustoće 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, što okvirno prema iskustvima traje do oko 2 minute. Ovo se vrijeme može smanjiti ako se zbijanje izvodi u okviru prostora terena koji se na neki način prethodno drenira. Međutim, valja istaknuti kako brizina udaranja odnosno manje vrijeme ciklusa izvedbe udara ima veći utjecaj na zbijanje nego količina mase koja pada. 32

38 Slika 17. Dubinsko zbijanje tla udarom na terenu 5.2. Vibroflotacija tla Primjenjuje se već od tridesetih godina prošlog stoljeća u slučaju potrebe dubinskog zbijanja uglavnom nekoherentnih aluvijalnih tala građenih od šljunka promjera zrna od 2 mm nadalje ili mješavina pijeska, šljunka i djelomice gline, primjerice zaglinjenih šljunaka i pjeskovitih glina. Mogu se donekle uspješno vibracijski zbijati također prašinasti pijesci i pijesci promjera zrna od 0,6 do 2 mm. Pri zbijanju pijesaka ubacuje se šljunak 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, težini vibracijskog uređaja i parametrima vibriranja. Penetracija može biti potpomognuta vodom ili zrakom pod pritiskom. Uobičajeno dubinski vibrator ima dužinu od 3 do 5 m, te masu od 2 t. Najbolji rezultati postižu se u rahlim pijescima. Metoda nije primjenjiva u glinama. Krater koji nastaje na površini terena kao posljedica dubinskog zbijanja ispunjava se pijeskom ili mješavinom pijeska i šljunka. Uspješnost ovog postupka poboljšanja tla također ovisi o granulometrijskom sastavu tla. Na slici 33

39 18. prikazane su zone na granulometrijskom dijagramu unutar kojih se može primijeniti dubinsko vibracijsko zbijanje sa punjenjem šljunčanim odnosno kamenim materijalom. Iz dijagrama je vidljivo da se ova tehnologija može primijeniti u vrlo širokom rasponu. Slika 18. Područja primjene vibroflotacije zavisno od granulometrijskog sastava tla Način izvođenja postupka prikazan je na slici 19. Vibrator s uređajem za doziranje i prisilnim vođenjem postavlja se iznad obilježene točke. Posebni utovarivač puni posudu postrojenja materijalom. Posuda s materijalom diže se uz konstrukciju stupa i prazni svoj sadržaj u uređaj za doziranje. Nakon zatvaranja uređaja posebnom zaklopkom komprimirani zrak potiskuje materijal prema izlaznom otvoru na šiljku vibratora. Vibrator istiskuje okolno tlo i spušta se do projektirane dubine, potpomognut tlakom vode ili zraka i prema dolje usmjerenoj vertikalnoj sili sa stupne konstrukcije. Kad je konačna dubina dosegnuta, vibrator se podiže za 30 do 50 cm, stvara šupljinu ispod sebe, u koju ulazi materijal pod pritiskom. Ponovnim spuštanjem vibratora materijal se zbija i bočno utiskuje u okolno tlo. Na taj način se sukcesivno od dolje prema gore izvodi šljunčani stup, do površine terena ili do predviđene visine. Opremu za vibroflotaciju čine velike vibratorske igle duljine oko 3 do 5 m mase do oko 2 t ovješene o krak najčešće bagera sajlaša odnosno bagerdizalice. Najbolje su u primjeni vibratorioscilatori niskih ferkvencija koji rade sa oscilatornim vibracijama 34

40 koje djeluju u više smjerova odnosno prostorno. Tu je uključena još oprema za dovod vode i stlačenog zraka u sam vibrator čime se prilikom njegova rada znatno olakšava njegovo prodiranje. Kompresori su potrebni kada se koristi mješavina vode i stlačenog zraka kao pripomoć vibroflotaciji. Vibroflotacija obuhvaća dva osnovna tehnološka zahvata. U početku vibrator prodire u tlo do planirane dubine pod djelovanjem sile teže njegove mase i tlaka vode, koji potpomaže prodiranje ispiranjem sitnih čestica koje izlaze na površinu povratnom vodom. Pri tome dolazi da manjeg povećanja zbijenosti okolnog tla. Zatim se nastavlja stupnjevitim potpunim zbijanjem tla u promjeru do 5 m oko vibratora njegovim izvlačenjem odozdo prema gore bez djelovanja odnosno potpomaganja vode. Slika 19. Dubinsko vibracijsko zbijanje redoslijed izvođenja Na učinak opreme za vibriranje prirodnog tla utječe: vrsta odnosno tehnička obilježja opreme za vibriranje, razmak mjesta vibriranja, raspored mjesta vibriranja, obilježja tla koje se zbija vibriranjem, način rada posebice brzina izvlačenja vibratora, vrsta sipkog gradiva koji se dodaje, iskustvu u radu sa opremom. 35

41 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. Najčešće se provode standardni i modificirani pokus zbijanja tzv. Proctorov pokus. Iskustvo je pokazalo da se materijal različito zbija za razne vlažnosti i energije zbijanja. Energija zbijanja trebala bi odgovarati energiji ugradnje kod primjene raznih vrsta valjaka (ježeva) na terenu. R. R. Proctor je standardizirao postupak ugradnje uzoraka u laboratoriju koji je približno odgovarao (prema iskustvu) tadašnjim strojevima (krajem tridesetih godina prošlog stoljeća). Uzorci se zbijaju u standardiziranom kalupu sa zadanom energijom zbijanja. Materijal mora potpuno ispuniti kalup, a višak se ukloni pomoću noža. Mjerenjem mase materijala prije i nakon sušenja mogu se tako odrediti gustoće vlažnog i suhog tla koje odgovaraju različitim vlažnostima Standardni Proctorov pokus Zbijanje uzorka se vrši u cilindru volumena 943,7 cm 3. 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. Vrši se više pokusa na istom uzorku sa različitom vlažnošću materijala. 36

42 Tablica 7. težina bata (N) 250 visina pada bata (cm) 30,4 broj slojeva 3 broj udaraca bata 25 rad (energija) zbijanja (knm/m 3 ) 610 Slika 20. Standardni Proctorov pokus Modificirani Proctorov pokus Pokus se provodi tako da se pripremi po 5 uzoraka od istog materijala, ali različite vlažnosti (približno 2 % razlike). Za razliku od Standardnog Proctorovog pokusa zbijanje tla se vrši u cilindru volumen 2114 cm 3. 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. Tablica 8. težina bata (N) 450 visina pada bata (cm) 42,5 broj slojeva 5 broj udaraca bata 55 rad (energija) zbijanja (knm/m3) 2750 Slika 21. Modificirani Proctorov pokus 37

43 Tipični izgled krivulja zbijanja za Proctorov pokus GW dobro granuliran šljunak SW dobro granuliran pijesak ML nisko plastičan prah CL nisko plastična glina CH visoko plastična glina Slika 22. Proctorove krivulje za različite vrste tla Slika 23. Utjecaj vlažnosti na postignute suhe gustoće pri zbijanju Korisno je napomenuti da par vrijednosti (w opt i ρ d max ) leži na krivulji koja približno odgovara stupnju zasićenosti od oko S r =80%, a s povećanjem vlažnosti preko optimalne krivulja zbijenosti se asimptotski približava krivulji S r =100%, ali je nikada ne dotiče (zbijanjem nije moguće istisnuti sav zrak iz uzorka). 38

44 7. ZAKLJUČAK Zbijanje je složeni postupak, te u obzir trebamo uzeti velik broj faktora ako želimo dobiti prikladno zbijenu površinu. Kvalitetno zbijanje je iznimno važno za pravilan odnos između nosivosti i deformacija odnosno za faktor sigurnosti, uporabljivosti, vijek trajanja i održavanje građevina koje leže na zemljanom materijalu ili su od njega izgrađene. Zbijanjem se poboljšavaju fizičkomehanička svojstva materijala kao što su povećanje otpornosti na tlak i smicanje, smanjenje vodopropusnost i povećanje gustoće. Najveći utjecaj na zbijanje ima sadržaj vode ili vlage. Na osnovi iskustva i dugotrajnog praćenja postupaka zbijanja, ustanovljeno je da nosivost, stupanj deformacije, indeks sadašnje uporabivosti i vijek trajanja autoceste ili željeznice uvelike ovise o stupnju zbijanja. 39

45 8. LITERATURA [1] Sonja Zlatović (2006): Uvod u mehaniku tla, Udžbenik Tehničkog veleučilišta, Zagreb, ISBN [2] Percel B (1975): Mehanika tla 1. dio Viša geotehnička škola, Varaždin RGN fakulteta sveučilišta u Zagrebu, interprogreszagreb [3] Maksimović, M. M. (2005), Mehanika tla, Građevinska knjiga, Beograd [4] Božićević, Legac (2004): Cestovne prometnice, Školska knjiga, Zagreb [5] Nonveiller, E. (1979): Mehanika tla i temeljenje građevina, Školska knjiga, Zagreb [6] Welcome to the Word of Compaction, internet stranica, 10. svibnja 2010., [7] Compaction, internet stranica, 5. travnja 2010., [8] Zbijanje tla, internet stranica, 5. ožujka 2010., [9] Metode poboljšanja tla, internet stranica, 7. svibnja 2010., [10] Građevinski strojevi, internet stranica, 23. travnja 2010., 40

46 9. SAŽETAK 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 spriječila kasnija slijeganja, razvijali su se i strojevi kojima su se obavljala zbijanja. Zbijanje se podijelilo na dvije metode, kao što je površinsko ( plitko) zbijanje i duboko zbijanje. Kod površinskog zbijanja moguće je koristiti strojeve koji zbijaju na principu statičkog djelovanja kao što su ježevi, valjci glatkih čeličnih kotača i valjci na pneumaticima odnosno gumenim kotačima, te strojevi koji zbijaju na principu dinamičkog djelovanja kao što su vibro valjci, vibro ježevi, vibro nabijači i vibro ploče. U početku se razvoj temeljio na iskustvenoj spoznaji da bi se kasnije temeljio na znanstvenim metodama. U tome se otišlo tako daleko da danas najsuvremeniji strojevi imaju ugrađene elektroničke uređaje koji registriraju zbijenost tla iza svakog prolaska stroja za zbijanje te upozoravaju kada je predviđena zbijenost postignuta. Duboko zbijanje je vrsta poboljšanja tla pri kojoj se najbolji rezultati postižu vibroflotacijom i snažnim zbijanjem tla odnosno dinamičkom konsolidacijom tla. Ovim se metodama obično postižu 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 značajke procesa zbijanja kao što je vlažnost, suha gustoća, energija zbijanja i vrsta tla. Proctorov pokus je temelj za procjenu ponašanja nekog materijala pri zbijanju. Osnovni cilj površinskog (plitkog) i dubokog zbijanja je mijenjanje svojstva ugrađenog materijala zbijanjem, kao što je primjerice njegova nosivost, posmična čvrstoća, stišljivost i vodopropusnost. 41