TAJNIKI ZAGĘSZCZANIA
W celu optymalnego ustawienia ziaren gruntu należy przezwyciężyć ich wzajemne siły cierne. Poprzez okresowo działające siły podczas zagęszczania umożliwia się poszczególnym ziarnom gruntu swobodne przemieszczanie się wobec siebie i ustawienie w optymalnej warstwie. Aby jednak tego dokonać musimy na krótki okres czasu te warstwy gruntu poluzować. Brzmi to paradoksalnie, ale te poczynania są nieodzowne dla dobrego zagęszczania. Różne rodzaje gruntu ( zmienność, ziarnistość) zagęszczamy też w różnym stopniu. Niejednakowej wielkości ziarna zagęszczają się łatwiej od ziaren jednakowej wielkości. Grunty spoiste z małymi, drobnymi porami wypełnionymi wodą zagęszczają się w dobrym stopniu. Bez lub z za dużą ilością wody zagęszczanie jest praktycznie niemożliwe. W zależności od rodzaju gruntu zawartość wody powinna wynosić ok.:
- grunt gliniasty: 25 – 30%
- piasek: 10 – 12%
- mieszanka piasku i żwiru: 5 – 8%
Co chcemy osiągnąć przez zagęszczanie?:
- zmniejszenie porowatości gruntu
- zwiększenie odporności na przesunięcia warstw gruntu
- zwiększenie nacisku stabilności budowli ziemnych i warstw budowlanych
- wyeliminowanie możliwości nasiąkania wodą
- wyeliminowanie późniejszego osiadania gruntu w wyniku nacisku innych elementów
- wyeliminowanie skutków obciążeń dynamicznych
- zwiększenie odporności na działanie warunków atmosferycznych
Zagęszczanie gruntu: wiąże się z likwidacją porów w gruncie (w porach tych znajduje się woda) wynikiem zagęszczania jest wyższa gęstość materiału wibrowanego, zapobieżenie ściśliwości gruntu, zapobieżenie przenikania wody, zwiększenie obciążenia mechanicznego gruntu.
Zagęszczanie asfaltu: wiąże się ze zwiększeniem gęstości i utworzenie gładkiej powierzchni (powierzchnia asfaltowa zbudowana jest z kilku warstw wzajemnie uzupełniających się) wynikiem zagęszczania jest zwiększona gęstość poszczególnych warstw asfaltowych, zapobieżenie nasiąkania wody przez asfalt, zapobieżenie przenikania wody.
Zagęszczanie kostki brukowej i kamienia naturalnego: wiąże się z likwidacją zwiększenia obciążenia podłoża, utworzenie równej i gładkiej w optycznej formie powierzchni (powierzchnie z kostki bukowej i kamienia naturalnego układane są na równej i lekko zagęszczonej warstwie piasku, podczas zagęszczania kamienia i kostki zalecanie jest używanie płyt miękkich chroniących powierzchnie i rogi zagęszczanego materiału przed uszkodzeniem) wynikiem zagęszczania jest optycznie równa i gładka powierzchnia, zwiększone obciążenie podłoża.
Zagęszczanie asfaltu: wiąże się ze zwiększeniem gęstości i utworzenie gładkiej powierzchni (powierzchnia asfaltowa zbudowana jest z kilku warstw wzajemnie uzupełniających się) wynikiem zagęszczania jest zwiększona gęstość poszczególnych warstw asfaltowych, zapobieżenie nasiąkania wody przez asfalt, zapobieżenie przenikania wody.
Zagęszczanie kostki brukowej i kamienia naturalnego: wiąże się z likwidacją zwiększenia obciążenia podłoża, utworzenie równej i gładkiej w optycznej formie powierzchni (powierzchnie z kostki bukowej i kamienia naturalnego układane są na równej i lekko zagęszczonej warstwie piasku, podczas zagęszczania kamienia i kostki zalecanie jest używanie płyt miękkich chroniących powierzchnie i rogi zagęszczanego materiału przed uszkodzeniem) wynikiem zagęszczania jest optycznie równa i gładka powierzchnia, zwiększone obciążenie podłoża.
Zagęszczanie kostki brukowej
- Kostka grubości 4 – 6 cm - płyta wibracyjna o wadze 80 – 180 kg
- Kostka grubości 8 cm - płyta wibracyjna o wadze 140 – 250 kg
- Kostka grubości 10 cm - płyta wibracyjna o wadze 250 – 400 kg
Rozróżniamy dwa rodzaje zagęszczania: zagęszczanie statyczne i zagęszczanie dynamiczne. Podczas statycznego zagęszczania działa na zagęszczaną powierzchnię tylko nacisk maszyny na grunt. Maszyna np. walec przejeżdża po zagęszczanej powierzchni i siłą swego ciężaru dociska i zagęszcza grunt w jego górnej powierzchni. Tego rodzaju zagęszczanie znajduje zastosowanie tylko w przypadku zagęszczania asfaltu. Przy zagęszczaniu dynamicznym na grunt działa nacisk masy maszyny i siła odśrodkowa wytworzona przez wibrator. Podczas ubijania lub zagęszczania urządzeniem wibracyjnym następują wzajemne przesunięcia ziaren materiału. Podczas tego rodzaju przemieszczeń usuwamy wszelkie pory i wolne przestrzenie redukując je do minimum. W ten sposób uzyskujemy grunt o dużej stabilności wysokiej odporności na ściśliwość. Każda maszyna musi zostać wyposażona w wibrator (mimośrodowy, wał niewyważony, itp.) w celu wytworzenia drgań. Masa niewyważona znajdująca się na wale wprowadzona zostaje w ruch obrotowy i wytwarza w ten sposób drgania. Drgania te przenoszone są na cały korpus maszyny.
Wysokość podskoku maszyny zależna jest od stosunku skutecznej masy niewyważonej i całkowitego ciężaru wibrującej masy. W przypadku zagęszczarek wibrująca masa składa się z płyty dolnej i połączonej z nim na stałe wibratorem. W przypadku walcy składa się natomiast bandaży, dolnej ramy nośnej wibratora. Amplituda nie jest zależna od częstotliwości pracy maszyny. Amplituda rośnie proporcjonalnie do masy niewyważonej (przy stałym ciężarze). Amplituda maleje proporcjonalnie przy rosnącym ciężarze (przy stałej masie niewyważonej). W praktyce pewną rolę odgrywa również masa górnej części maszyny (podstawa silnika, silnik) oraz zastosowanie tłumienia wibrującej części maszyny (amortyzatory gumowe).
Wysokość podskoku maszyny zależna jest od stosunku skutecznej masy niewyważonej i całkowitego ciężaru wibrującej masy. W przypadku zagęszczarek wibrująca masa składa się z płyty dolnej i połączonej z nim na stałe wibratorem. W przypadku walcy składa się natomiast bandaży, dolnej ramy nośnej wibratora. Amplituda nie jest zależna od częstotliwości pracy maszyny. Amplituda rośnie proporcjonalnie do masy niewyważonej (przy stałym ciężarze). Amplituda maleje proporcjonalnie przy rosnącym ciężarze (przy stałej masie niewyważonej). W praktyce pewną rolę odgrywa również masa górnej części maszyny (podstawa silnika, silnik) oraz zastosowanie tłumienia wibrującej części maszyny (amortyzatory gumowe).
Wydajność zagęszczania maszyny zależna jest od 4 zmiennych:
- od ciężaru maszyny - (skuteczność zagęszczania maszyny zależna jest częściowo od masy całkowitej maszyny. Ciężar maszyny zostaje w przypadku ubijaków stopowych i zagęszczarek przeniesiona przez płytę dolną na podłoże, natomiast w przypadku walcy poprzez bandaże. Wyższy ciężar maszyny w praktyce oznacza większe działanie wgłębne. W ten sposób można zagęszczać grubsze warstwy materiałów. Skuteczność takiego zagęszczania jest również wyższa);
- od masy niewyważonej - (ciężar maszyny wibracyjnej składa się z dwóch składowych: Statycznego ciężaru maszyny, Dynamicznego ciężaru maszyny. Na dynamiczny ciężar maszyny składa się ta część maszyny, która zostaje wprowadzona w drgania za pomocą wibratora. Im większa masa dynamicznej części maszyny tym większe działanie wgłębne maszyny);
- od częstotliwości i amplitudy - (częstotliwość i amplituda mają wpływ na działanie wgłębne maszyny. Amplituda podaje wysokość poderwania i uderzenia maszyny w podłoże spowodowane działaniem siły odśrodkowej. Częstotliwość podaje ilość uderzeń maszyny o podłoże w ciągu jednej sekundy. Wysoka amplituda powstaje poprzez działanie dużej siły odśrodkowej i niskiej częstotliwości. W ten sposób możemy zagęszczać wysokie warstwy materiału z bardzo dobrym efektem. Maszyny o takiej budowie znajdują zastosowanie przy zagęszczaniu gruntu. Maszyna o małej amplitudzie w połączeniu z wysoką częstotliwością pow. 50 Hz bardzo dobrze nadaje się do zagęszczania piasku, żwiru, szutru, kostki brukowej i asfaltu. Tego rodzaju maszyny mają mniejsze działanie wgłębne i nie są przydatne przy zagęszczaniu ciężkich wiążących gruntów);
- od szybkości pracy - (szybkość pracy wpływa bezpośrednio na działanie wgłębne. W praktyce zastosowanie mają następujące reguły: Im wolniej porusza się maszyna przez to większa energia działa na grunt. Im szybciej porusza się maszyna przez to mniejsza energia działa na grunt. Obydwie reguły mają zastosowanie przy pełnej mocy pracy maszyny. Poniżej podane rysunki plastyczne pokazują zależność efektywności pracy maszyny w stosunku do jej szybkości);
Warunki właściwego zagęszczania, efektywne i właściwe zagęszczanie zależne jest od:
Jednostką zagęszczenia gruntu jest Proctor. Pomiar zagęszczania i jego wielkości opisane zostały w Normie DIN 18127. Zbyt mała ilość wody powoduje duże opory cierne pojedynczych ziaren gruntu. Zagęszczanie jest możliwe przy zastosowaniu dużej energii. Optymalna ilość wody w gruncie działa jak smar powodując znaczne obniżenie cierności poszczególnych ziaren w gruncie. Zbyt duża ilość wody w gruncie działa jak smar powoduje wypełnianie porów i znaczne utrudnienie zagęszczania. Obciążalność gruntu zależna jest również od zawartości wody. Wraz z malejącą ilością wody przekształcają się grunty ściśliwe z formy płynnej poprzez plastyczną do półtrwałej, a następnie do stałego twardego podłoża.
- rodzaju zagęszczanego materiału - mieszane grunty o różnej ziarnistości – jest to mieszanka gruntów spoistych i niespoistych, ziarna w tych gruntach mają różne wielkości, tego rodzaju grunty spotykamy najczęściej, są to np. glina, muł, ił, żwir, piasek, kamienie. Niespoiste grunty – są to grunty o dużej ziarnistości np. kamień, żwir, gruboziarnisty piasek. Pomiędzy pojedynczymi ziarnami gruntu znajdują się duże pory i luki. Grunty te bardzo dobrze przepuszczają wodę jednocześnie nie nasiąkają, ziarna są odporne na działanie atmosferyczne. Grunty spoiste – są to grunty o drobnej ziarnistości np. iły i gliny. Pomiędzy drobnymi pyłkowymi ziarnami gruntu znajdują się wolne przestrzenie. Przestrzenie te są bardzo zwarte przypominając budowę plastra miodu. Zaletą tych drobnych przestrzeni jest to że bardzo wolno nasiąkają wodą jednocześnie raz wchłonięta woda bardzo długo jest utrzymywana. W suchych warunkach grunty te mają bardzo dużą wytrzymałość na obciążenia. Ziarna tych gruntów nie są odporne na działania czynników atmosferycznych;
- zdolności zagęszczania materiału - grunty mieszane – Tego rodzaju grunty zagęszcza się dość dobrze. Różnorodność ziaren, ich rozmieszczenie jak i wzajemne siły tarcia powodują, że grunty te bardzo dobrze nadają się do zagęszczania. Pod wpływem działania sił (wibracji, uderzania ubijaka stopowego) małe ziarna przemieszczają się w pory i luki pomiędzy dużymi ziarnami powodując idealne ich rozmieszczenie a tym samym zagęszczenie. Tak zagęszczony grunt nie posiada prawie żadnych luk i porów.
Grunty niespoiste – Tego rodzaju grunty również zagęszczają się dość dobrze. Bardzo ważne jest, aby grunt ten zawierał różnorodność ziaren tak, aby poprzez przesunięcia mogły one ulec zagęszczeniu.
Grunty spoiste – Tego rodzaju grunty są trudne do zagęszczania. Zagęszczanie jest tylko możliwe poprzez ubijanie lub działanie dużych sił wibracyjnych. Celem tego zagęszczania jest wytłoczenie wody z porów między ziarnami gruntu, przesunięcie jej na powierzchnię w celu szybkiego odparowania.
Najlepiej zagęszczają się grunty mieszane o gładkich i zaokrąglonych rogach. Grunty z ziarnami ostrokątnymi zagęszczają się trudniej, są za to bardziej odporne na obciążenia. Zdolność zagęszczania gruntu jest zależna od rozmieszczenia ziaren w podłożu. Rozróżniamy dwa rodzaje: grunty ściśliwe i grunty nieściśliwe. Grunty o jednakowych ziarnach nazywamy gruntem nieściśliwym, natomiast grunt o różnych wielkościach ziaren nazywamy gruntem ściśliwym. Wilgotność gruntu jest to proporcja ilości wody do suchej masy gruntu. Wilgotność gruntu podaje w procentach wagowych. Wpływ wody na właściwe zagęszczanie można odczytać robiąc pomiary zagęszczania gruntu.
