SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GEOTEHNIČKI FAKULTET

MIRO HORVAT

IZBOR I PRIMJENA STROJEVA I OPREME ZA ZBIJANJE

ZEMLJANIH I KAMENIH GRADIVA

ZAVRŠNI RAD

VARAŽDIN 2010.

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GEOTEHNIČKI FAKULTET

ZAVRŠNI RAD

IZBOR I PRIMJENA STROJEVA I OPREME ZA ZBIJANJE

ZEMLJANIH I KAMENIH GRADIVA

KANDIDAT : MENTOR:

MIRO HORVAT doc. dr. sc. STJEPAN STRELEC

VARAŽDIN 2010.

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

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

2.1. Optimizacija zbijanja ............................................................................................. 3

2.2. Kontrola zbijanja .................................................................................................... 3

2.3. Podloga zbijanja .................................................................................................... 3

2.4. Ponašanje tla pri zbijanju ...................................................................................... 4

2.4.1. Krupnozrna tla, nevezana (nekoherentna) tla .............................................. 5

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

2.4.3. Mješovita (nekoherentna i koherentna) tla ................................................. 8

3. METODE ZBIJANJA ............................................................................................... 10

4. POVRŠINSKO (PLITKO) ZBIJANJE ...................................................................... 11

4.1. Strojevi za zbijanje sa statičkim djelovanjem ..................................................... 12

4.1.1. Ježevi ......................................................................................................... 12

4.1.2. Valjci s glatkim čeličnim kotačima ........................................................... 14

4.1.3. Valjci na pneumaticima ............................................................................. 16

4.2. Strojevi za zbijanje sa dinamičkim djelovanjem ................................................. 19

4.2.1. Vibro valjci ................................................................................................ 19

4.2.2. Vibro ježevi ................................................................................................ 22

4.2.3. Vibro nabijači ............................................................................................ 23

4.2.4. Vibro ploče ................................................................................................ 24

Optimalne veličine debljine slojeva za zbijanje ............................................................ 26

Volumni učinak strojeva za zbijanje .............................................................................. 27

Izbor strojeva za zbijanje prema svojstvima tla ............................................................. 28

5. DUBOKO ZBIJANJE ................................................................................................ 30

5.1. Dinamička konsolidacija tla ................................................................................. 30

5.2. Vibroflotacija tla ................................................................................................. 33

6. LABORATORIJSKI POKUS ZBIJANJA ................................................................ 36

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

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

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

6.1.3. Tipičan izgled krivulja zbijanja za Proctor-ov pokus ............................... 38

7.ZAKLJUČAK ............................................................................................................. 39

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

9.SAŽETAK .................................................................................................................. 41

1

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.

2

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.

3

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.

2.2. 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.

2.3. Podloga zbijanja

Uspjeh zbijanja sloja nekog materijala ne ovisi samo o materijalu tog sloja i

primijenjenoj mehanizaciji za zbijanje, nego u znatnoj mjeri i o deformacijskim

sposobnostima podloge. Ako su deformacije podloge prevelike, 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

4

neznatnim visinama nasipnog sloja na mekanoj podlozi (prvi slojevi nasipa do

posteljice, za nosive slojeve preko slabog nasipa ili usjeka i za slojeve za zaštitu od

smrzavice).

2.4. 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).

Slika 2. Tlo prije i nakon zbijanja

TLO PRIJE ZBIJANJA NAKON ZBIJANJA Nekoherentno

Koherentno

5

2.4.1. Krupnozrna, nevezana (nekoherentna) tla

Rahlo nevezano tlo zbija se djelovanjem vibracija. Uslijed vibracija gotovo

nestaju sile 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.

6

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.

2.4.2. 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

7

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.

8

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.

2.4.3. 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.

9

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 zemlja-kamen.

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.

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 na

ćemo odabrati ovisi o cilju zbijanja, o svojstvima materijala koji se zbija, o opremi za

zbijanje, o rokovima gra

zbijanja: statičko, vibracijsko, oscilacijsko, kružno, gnje

eksplozivno, kombinirano.

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 tako

primjer, anizotropno ponašanje zbijenih slojeva i omjer izme

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

zrnatog materijala.

3. METODE ZBIJANJA

• Površinsko (plitko) zbijanje

Slika 3. Shematski prikaz površinskog i dubokog zbijanja

aspekti dubokog i površinskog (plitkog) zbijanja

Zemljani i drugi zrnati materijali mogu se zbijati na više načina, a postupak koji

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

građenja, o ugovorenoj cijeni itd. Primjenjuju se ovi postupci

ko, vibracijsko, oscilacijsko, kružno, gnječenjem, tla

eksplozivno, kombinirano. Ti se postupci mogu provoditi kao zbijanje: kontinuirano,

o, povremeno. Osim toga ti se postupci mogu provoditi pri

itim stanjima naprezanja (malo srednje ili veliko naprezanje) i uz nanošenje

ite energije (mala, srednja ili velika vrijednost) što također utječ

ponašanje zbijenih slojeva i omjer između, vrijednosti nanesene

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

10

Slika 3. Shematski prikaz površinskog i dubokog zbijanja

čina, a postupak koji

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

Primjenjuju se ovi postupci

enjem, tlačno, udarno,

Ti se postupci mogu provoditi kao zbijanje: kontinuirano,

o, povremeno. Osim toga ti se postupci mogu provoditi pri

itim stanjima naprezanja (malo srednje ili veliko naprezanje) i uz nanošenje

er utječe na rezultate. Na

u, vrijednosti nanesene

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

11

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,

• uzletno-sletne 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

12

4.1. Strojevi za zbijanje sa statičkim djelovanjem

4.1.1. 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

150 - 400 N/cm2. Naziva se još i kao valjak sa „ovčjim nogama“.

Konstrukcija:

Jež se sastoji od glatkog valjka, savijenog od lima debljine I5-30 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.

13

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.

Slika 4. Jež

Prakti čni učinak:

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 Kv- koeficijent iskorištenja radnog vremena

14

4.1.2. 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 tandem-valjkom ( 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

15

se ti valjci koriste za površinska nabijanja ili za nabijanja u slojevima od 10 do najviše

20 cm debljine.

Valjci s dva čelična kotača (tandem-valjci) 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

16

Slika 6. Valjak s glatkim čeličnim kotačem

4.1.3. 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.

Prakti čni učinak

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 Kv- koeficijent iskorištenja radnog vremena

17

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.

18

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 0,20 do 0,80 MPa

asfalt pijesak

Slika 7. Statičko zbijanje tla valjkom na pneumaticima

Slika 8. Valjak na pneumaticima

Up =v ∙ d ∙ b

n∙ Kv

d = 0,65 ∙ d′

Prakti čni učinak

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 Kv- koeficijent iskorištenja radnog vremena

19

4.2. Strojevi za zbijanje sa dinamičkim djelovanjem

4.2.1. Vibro valjci

Općenito:

Vibro valjci su se pojavili tek godine 1950. 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

20

stvarajući tako najveću moguću gustoću u nasipnom materijalu. Amplituda je veličina

za koju se vibrirajuća masa pomiče gore-dolje od neke nulte crte. Što je veća masa koja

vibrira, kao i amplituda, to je i dubina nabijanja veća.

DINAMI ČKO ZBIJANJE

Zbija na principu statičkog djelovanja i dinamičke energije

Ključni parametri su vibraciona masa, statički teret, amplituda i frekvencija

Zbija na principu statičkog djelovanja i dinamičke energije

pjeskoviti šljunak

Slika 9. Dinamičko zbijanje tla vibro valjkom

Slika 10. Vibro valjak

Up =v ∙ d ∙ b

n∙ Kv

d = 0,65 ∙ d′

Prakti čni učinak:

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 Kv- koeficijent iskorištenja radnog vremena

PRIMJENA VIBRO VALJAKA

Tablica 1.

PRIMJENA VALJAK

kamenje

glina

šljunak

pjeskoviti šljunak

pijesak

asfalt

asfalt

KLJUČNI PARAMETRI KOD ZBIJANJA VIBRO VALJKOM

masa stroja

2,5 -26 t

2 -13 t šljunak

asfalt

PRIMJENA VIBRO VALJAKA

VALJAK PRITISAK kg/cm2

AMPLITUDA mm

FREKVENCIJA

≥ 30

≥ 1,5

28 - 35

≥ 10

≥ 0,4

28 - 60

10 - 30

0,35 - 0,9

≤ 0,5

30 - 60

40 - 60

PARAMETRI KOD ZBIJANJA VIBRO VALJKOM

statičko linearno vibracijska amplituda frekvencija opterećenje masa

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

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

Slika 11. Parametri vibro valjka

21

FREKVENCIJA BRZINA VALJANJA

1 - 2,5

2 - 4

2 - 4

2 - 6

ko linearno vibracijska amplituda frekvencija

2,5 mm 28 - 40 Hz

- 0,9 mm 30 - 60 Hz

22

4.2.2. Vibro 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.

23

Slika 12. Vibro jež

4.2.3. 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

Up =v ∙ d ∙ b

n∙ Kv

d = 0,65 ∙ d′

Prakti čni učinak:

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 Kv- koeficijent iskorištenja radnog vremena

24

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.

Slika 13. Vibro nabijač

4.2.4. 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.

U� =60 ∙ � ∙ � ∙ ℎ ∙ ��

�

Prakti čni učinak:

n- broj udara nabijača u minuti b- korisna širina vibro nabijača h- debljina zbijenog sloja m- potreban broj prijelaza Kv- koeficijent iskorištenja radnog vremena

25

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 0,15 m2, a kod najtežih 1,2 m2, 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 naprijed-natrag reverzibilnim pločama.

DINAMI ČKO ZBIJANJE

neverzibilna vibro ploča reverzibilna vibro ploča

Koristi se za tanke slojeve granuliranog materijala te

bitumirane materijale

Zbijanje se vrši pomoću dinamičke energije,

ključni parametri su

težina stroja, amplituda

i frekvencija

Koristi se za tanke slojeve granuliranog materijala te

miješanih tla

šljunak

Slika 14. Dinamičko zbijanje vibro pločom

26

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

1,5 1,5 1,3 1,6 1,6 1,6 2,5 2,7 3,4 3,6 4,2 8,0 8,6 8,3 8,9 10,1 10,5 10,7 11,8 12,2 13,0 1,7 2,3 2,5 4,0

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

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

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

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

BW 24 RH** BW 27 RH**

10-24 14-27

- -

0,30 0,40

0,25 0,30

0,20 0,30

U� =U�

n ∙ d ∙ K�

Prakti čni učinak:

d - debljina sloja koji se zbija n - broj prelazaka ploče preko istog mjesta Kv - koeficijent iskorištenja radnog vremena Ut – teorijski učinak

27

Tablica 3.

Volumni učinak strojeva za zbijanje

Tablica 4.

STROJ

TIP

MASA

t

VOLUMINI UČINAK m3/h

kamen

šljunak

mješovito tlo

glina

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

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

- - - - - - - -

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

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

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

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

STROJ

TIP

MASA

kg

DEBLJINA SLOJEVA m

kamen

šljunak

mješovito tlo

glina

BT 60/4 BT 65/4 BT 80 D

62 68 81

- - -

0,35 0,40 0,40

0,30 0,30 0,30

0,25 0,25 0,25

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

46 54 83 91 104 138 150

- - - - - - -

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

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

- - - - -

0,15 0,15

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

112 132 215 232 348 375 513 408 545 575

- - - - - - - - -

0,35

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

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

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

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

745 771 740 780

0,50

- 0,50 0,50

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

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

0,25 0,30

- -

28

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

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

530-1060 530-1060 700-1400 700-1400 590-1200 590-1200 650-1200 700-1400 470-940 940-1880 940-1880 1180-2120 1180-2120 1180-2120

360-720 480-960 480-960 420-840 420-840 450-920 480-960 480-960 700-1400 700-1400 880-1750 360-720 980-1800 360-720

270-540 270-540 360-720 360-720 300-600 300-600 340-680 360-720 360-720 560-960 560-960 680-1200 270-540 700-1350

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

BW 6 BW 6 S

5,9 6,8

470-940 700-1400

360-720 880-1750

270-540 680-1200

180-360 210-420

Izbor strojeva za zbijanje prema svojstvima tla

Tablica 5.

Materijal, tlo Optimalna vlažnost [%]

Redosljed strojeva zbijanja tla prema povoljnosti

granulacijski materijal

7 – 15

Vibro valjak Pneumatski valjak Glatki valjak

granulacijski materijal sa zemljom

9 – 18

Vibro valjak Pneumatski valjak Glatki valjak

fini čisti pijesak 9 – 15 Pneumatski valjak Glatki valjak

prašina

10 – 20 Valjkasti jež Pneumatski valjak Glatki valjak

elastična prašina

10 – 35

Valjkasti jež Vibro valjak Pneumatski valjak Glatki valjak

prašinasta glina, ilovača

10 – 30

Valjkasti jež Pneumatski valjak Glatki valjak

elastična plastična glina, glina

20 – 35

15 – 35

Valjkasti jež Vibro valjak Pneumatski valjak Glatki valjak

29

Tablica 6.

IZBOR I PRIMJENA STROJEVA I OPREME ZA ZBIJANJE KAME NIH I ZEMLJANIH GRADIVA

Vrsta gradiva

stroj

Organski materijal (humus)

Zemljani materijal (tla)

Šljunci – drobljenci (dobro minirana stijena)

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

moguća uporaba

dobro prilagođen i učinkovit

razmjerno ili slabo učinkovit

prilagođen, razmjerno učinkovit

neučinkovit odnosno neuporabljiv

slabo učinkovit

slabo prilagodljiv

neuporabljiv

3. valjak na pneu- maticima

moguća uporaba

vrlo uporabljiv odnosno dobro prilagodljiv

razmjerno učinkovit

dobro prilagodljiv

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

izbjegavati uporabu

moguća uporaba

dobro do prilično dobro prilagodljiva

razmjerno učinkovita

dobro prilagodljv

teška vrlo učinkovita

6. vibro nabijač

moguća uporaba izbjegavati uporabu

moguća uporaba

neučinkovit prilično dobro prilagodljiv

slabo prilagodljiv

prilično prilagodljiv

30

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,

• in-situ stanju naprezanja,

• strukturi tla.

Dubinsko zbijanje može se izvoditi kao:

• dubinsko zbijanje tla udarom ili dinamička konsolidacija tla,

• vibracijsko zbijanje ili vibroflotacija tla.

5.1. 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 80 – 90 %, 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 vibro-valjcima. Visina padanja mase

31

je od 15 m (optimalno) do 40 m, a ostvarena dubina zbijanja od 10 m do 30 m. Masa

koja pada 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 m2 za mase 8 do 16 t. Možebitni učinci ovog načina dinamičkog zbijanja tla bili bi

primjerice, prema jednom izvoru, od 5.000 do 10.000 m2 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

32

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.

33

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

34

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 bager-dizalice. Najbolje su u

primjeni vibratori-oscilatori niskih ferkvencija koji rade sa oscilatornim vibracijama

35

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.

36

6. LABORATORIJSKI POKUS ZBIJANJA

6.1. Proctorov pokus

Laboratorijskim pokusima zbijanja simuliraju se uvjeti terenskog zbijanja, a

rezultati se koriste za optimizaciju i kontrolu terenske ugradnje. 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.

6.1.1. Standardni Proctor-ov pokus

Zbijanje uzorka se vrši u cilindru volumena 943,7 cm3. Zbija se u 3 sloja sa 25

udaraca po svakom sloju. Kod zbijanja bat mase 2,5 kg pada sa visine 30,4 cm. Na

temelju tih parametara dobije se propisana energija zbijanja. Vrši se više pokusa na

istom uzorku sa različitom vlažnošću materijala.

37

Slika 20. Standardni Proctor-ov pokus 6.1.2. Modificirani Proctor-ov pokus

Pokus se provodi tako da se pripremi po 5 uzoraka od istog materijala, ali različite

vlažnosti (približno 2 % razlike). Za razliku od Standardnog Proctor-ovog pokusa

zbijanje tla se vrši u cilindru volumen 2114 cm3. Visina pada bata je 42,5 cm, a masa

bata iznosi 4,5 kg. Uzorak se zbija u 5 slojeva sa po 55 udaraca po svakom sloju.

Slika 21. Modificirani Proctor-ov pokus

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

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

Tablica 7.

Tablica 8.

6.1.3. Tipični izgled krivulja zbijanja za Proctor

Slika 22. Proctor

Slika 23. Utjecaj vlažnosti na postignute suhe gusto

Korisno je napomenuti da par vrijednosti (

odgovara stupnju zasićenosti od oko S

krivulja zbijenosti se asimptotski približava krivulji S

(zbijanjem nije moguće istisnuti sav zrak iz uzorka).

ni izgled krivulja zbijanja za Proctor -ov pokus

Slika 22. Proctor-ove krivulje za različite vrste tla

Slika 23. Utjecaj vlažnosti na postignute suhe gustoće pri zbijanju

napomenuti da par vrijednosti (wopt i ρd max) leži na krivulji koja približno

ćenosti od oko Sr=80%, a s povećanjem vlažnosti preko optimalne

krivulja zbijenosti se asimptotski približava krivulji Sr=100%, ali je nikada ne doti

će istisnuti sav zrak iz uzorka).

GW- dobro granuliran šljunak

SW- dobro granuliran pijesak

ML- nisko plastič

CL- nisko plastič

CH- visoko plasti

38

e pri zbijanju

krivulji koja približno

anjem vlažnosti preko optimalne

=100%, ali je nikada ne dotiče

dobro granuliran šljunak

dobro granuliran pijesak

nisko plastičan prah

nisko plastična glina

visoko plastična glina

39

7. ZAKLJU ČAK

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 fizičko-mehanička 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.

40

8. LITERATURA

[1] Sonja Zlatović (2006): Uvod u mehaniku tla, Udžbenik Tehničkog veleučilišta,

Zagreb, ISBN 953-7048-02-0

[2] Percel B (1975): Mehanika tla 1. dio Viša geotehnička škola, Varaždin RGN

fakulteta sveučilišta u Zagrebu, interprogres-Zagreb

[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.,

http://www.bomag.com/

[7] Compaction, internet stranica, 5. travnja 2010., http://www.vibromax.de/

[8] Zbijanje tla, internet stranica, 5. ožujka 2010., http://www.gramak.com/

[9] Metode poboljšanja tla, internet stranica, 7. svibnja 2010., http://specgra.tvz.hr/php/skini_repoz.php?id=16306&id1=1&id2=1/

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

41

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. Proctor-ov 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.