Klasyfikacja gruntów w rob. ziem. Dokonujemy na podstawie wielkości oporów skrawania ( urabialności), która uwzględnia rodzaj gruntu, spoistość, uziarnienie, wilgotność. KNR i KNK – 16 kat. (1-4 za pomocą zwykłych maszyn, gr. rozdrobnione; powyżej dynamit); Norma PN-B-06050: 1999 Roboty ziemne – 7 kat.; Górnictwo odkrkrywkowe – 4 klasy urab.(łatwo PS ż, średnio Ipi, trudno Ipoznanskie i bardzo trudno urabialne Iły zwarte, margle); Górnictwo – klasyczne protodiakonowa 10 kat. ze względu na wielkość siły do urobienia klina. Stosujemy aby: ocenić czas, koszty i maszyny potrzebne do robót. Podział gruntów: 1) ze względu na wskaźniki identyfikacji ( podstawowe i pochodne) 2) ze względu na wskaźniki klasyfikacyjne ( -spoiste Il Ip –niespoiste Id Sr –nasypowe Is) 3) własności fiz-mech (k-wodoprzepuszczalność, c, fi, M, E, a) Grunty:-antropogeniczne-naturalne:-nasypowe-rodzime: - organiczne( torf) –mineralne:-skaliste ( rodzaj skały, stopień spękania, wytrzymałość na 1osiowe ściskanie)-nieskaliste (rozdrobnione uziarnienie) SKRAWANIEM (odspajaniem) nazywa się mech. odsuwanie określonej obj. gr. narzędziami zaopatrzonymi w klinowe ostrza tnące. . Oddzielamy skibę (wiór) od calizny. Skibę ograniczają trzy powierzchnię.a - kąt przyłożenia, b = kąt ostrza, g = kąt natarcia. Każdy rodzaj gruntu zachowuje się inaczej podczas skrawania. Skrawanie wymaga przyłożenia do narzędzia skrawającego odpowiednio dużej i skierowanej siły wystarczającej do oporu materiału przeciwko odkształceniom oporu tarcia, oporu przeciw zniszczeniu spójności. Siłę tę nazywa się siłą skrawania, zaś całkowity wypadkowy opór skrawanego gruntu nazywa się oporem skrawania. Graficznie można przedstawić opór skrawania jako wektor równy, co do wartości sile skrawania, o tym samym kierunku, ale o przeciwnym zwrocie. Opór skrawania zależy od:- rodzaju gleby,– rodzaju i kształtu narzędzia skrawającego,– prędkości ruchu.. Najprostszą metodą jest metoda oporów jednostkowych, gdzie opór skrawania określa się jako wielkość proporcjonalną do rodzaju skiby: P = Ps + Pt + Pm =kf•F =kl•L P – całkowity opór skrawania, Ps – siła samego skrawania, Pt – opór tarcia, Pm – opór napełniana, F – przekrój poprzeczny skiby [cm2], k – opór jednostkowy (właściwy) – różny dla róznych gruntów i różnych narzędzi, obejmuje: kat. I – piaski suche, glebę (k = 0,02 ¸ 0,06 MPa); kat VII – skały tzw. zruszone od strzału (k = 0,45 ¸ 0,55 MPa). Według polskich klasyfikacji grunty dzielą się na szereg kat. Pod względem wielkości oporów skrawania, którego wartość uzależnia się od: - rodzaju gruntu, – spoistości. – wilgotności, – uziarnienia, – i inne. Spulchnienie gruntu – zwiekszenie obj. Gruntu po odspojeniu w porównaniu do stanu rodzimego (zmniejszenie ciężaru obj.). Wielkość spulchnienia zależy od: rodzaju gruntu, wilgotności, sposobu odspajania, grubości warstwy odspajania. Stopień spulchnienia opisuje wsp. Spulchnienia – wyraża stosunek objętości spulchnionego gruntu do obj. W stanie naturalnym Vzs=Vzn*Ss lub Vzs= Vzn(1+S/100). S- przeciętne wspólnienie po odspojeniu w % pierwotnej obj. Vzn-obj.gr.rodzimego Vzs-spulchnionego. W Bilansie mas ziemnych przyjmujemy, że obj. Gruntu mierzona w stanie rodzimym. OD CZEGO ZALEŻY EFEKTYWNOŚĆ ROBÓT ZIEMNYCH? 1. Od stopnia wykorzystania zdolności technicznej maszyn do robót ziemnych (od rozwiązań technologicznych) - od doboru metod wykonania robót, - przestrzegania technicznych zasad działania maszyn, - synchronizacji przerw technologicznych z przerwami na naprawę. 2. Stopnia wykorzystania czasu przebywania maszyn na budowie (minimalizacja przerw w pracy) poprzez: - dostosowanie postępu robót ziemnych i składu wyposażenia maszynowego do dyrektywnego harmonogramu bud. sezonowych war. pracy oraz utrzymania dyscypliny pracy, - planowanie bieżących napraw maszyn w okresie przerw międzyzmianowych. 3. Występowania bądź niewystępowania dodatkowych operacji z urobkiem ziemnym (przerzuty, składowania). CO SIĘ BIERZE POD UWAGĘ PRZY DOBORZE MASZYN? 1. Rodzaj (kat. gr.) Maszyny: - spycharki – pracują w gr. kat. I¸IV, kat. III, IV wymagają wcześniejszego spulchnienia gruntu, - zgarniarki, - równiarki – gr. kat. I i II nie są przeznaczone do urabiania gr., wykonują one prace dodatkowe, - ładowarki - gr. kat. I i II, maszyna pomocnicza, - koparki jednonaczyniowe – gr. 1¸16, dzielą się na: przedsiębierne i podsiębierne, kat. pow. 5 wymagają materiałów wybuchowych do rozdrabniania. - koparki chwytakowe - gr. 1 - 4 - koparki zbierakowe - gr. 1¸5 - koparki mechaniczne - gr. 1¸2. 2. Odległość transportu. spycharki gąsienicowe – 60m spycharki kołowe – 100m Cykl pracy: - czynność skrawania, - czynność przesuwania, - czynność rozcierania, - czynność powrotu maszyny do pozycji wyjściowej, 600m – zgarniarki ciągnione, 1200m – zgarniarki z własnym napędem Koparka + środek transportu > 1200m 3. Rodzaj i ilość robót oraz stopień ich koncentracji bądź rozproszenia terenowego. 4. Gabaryty przekopów i nasypów oraz rozmiary i konfiguracje wykopów, nasypów, i odkładów, Każda maszyna ma pewien zasięg pracy. - pojemność łyżki - przejścia maszyny Efektywność robót ziemnych zależy od kosztów, czasu wyk. pracy. 5. Ciągłość i niezmienność szerokości frontu pracy maszyn. Wyraźnie zależy od organizacji pracy, zawsze będą maszyny podstawowe do podstawowych prac ziemnych. Prace należy organizować tak, aby byłą równomierna i ciągła.RODZAJE MASZYN. 1. Maszyny podstawowe. Maszyny do podst. robót decydują o efektywności, wydajności i kosztach, jednocześnie decydują o zastosowaniu innych maszyn. Maszyny podstawowe np. koparki, spycharki zgarniarki. 2. Maszyny do robót ziemnych pomocniczych. - zrywarki, - pługi, -walce, - ubijarki, - zagęszczarki. 3. Maszyny do hydromechanizacji. Maszyny do urabiania gr. i ładowania, ale z użyciem wody. Jest ona stosowana tam gdzie jest dostęp do wody, wydajność bardzo duża. Maszyny o pracy : 1. cyklicznej – czynności będą się powtarzały w pewnym cyklu, np. skrawanie, 2. ciągłej – czynności są wykonywane cały czas, np. koparki wielonaczyniowe. Osprzęt. Maszyny zaopatrzone w odpowiedni osprzęt. Wszelkie sterowanie odbywa się za pomocą siłowników hydraulicznych. SPYCHARKI – urabianie gr. i przemieszczanie na niewielkie odległości. Zadania: - spulchnianie gr., - usuwanie starych nawierzchni drogowych, - plantowanie urobku przy wykonywaniu nasypu, - usuwanie nawisu, - profilowanie skarp, - wykonywanie niegłębokich wykopów, - zasypywanie rowów i pachwin wykopów fundament., - w kopalniach kruszywa i mat. sypkich służą do załadowywania mat. przy zastosowaniu specjalnych pomostów. Spycharki: 1. czołowe (lemiesz ustawiony prostopadle do kierunku jazdy) 2. uniwersalne (lemiesz może być ustawiony pod kątem do kierunku jazdy) . Spycharki sterowane 1. hydraulicznie 2. mech. Moc silnika: - spycharki o małej mocy do 37 kW, - spycharki o średniej mocy 37-74 kW, - spycharki o dużej mocy 74-148 kW, - spycharki b. dużej mocy >148 kW. Prędkość do 10km/h. Spycharki gąsienicowe mają większą siłę, potrafią się poruszać po gr. o mniejszej nośności. Spycharki kołowe są bardziej wydajne,wydajność eksploatacyjna: Qe=V•n•Sz•Ka•Ksp•Kcz V- pojemność lemiesza, n – iość cykli na godzine: n = 60/T gdzie T to czas trwania cyklu w min. Sz – wsp. zagęszczenia, Sz = 1/Ss, gdzie Ss to wsp. spulchnienia, Ka - wsp. strat urobku podczas przesuwania, Ksp – wsp. nachylenia terenu, Kcz – wsp. współczynnik wykorzystania czasu roboczego. Ilość potrzebnych maszyn do wykonania danej roboty Nc=(Vz*Ss*Kdc)/Qe ; Kdc-współczynnik zmniejszający wynikający z dodatkowych czynności jakie muszą wykonać spycharki; Vz-objętość gruntu w złożu. ZGARNIARKI (ciągnik ciągnący skrzynie, skrzynia ma możliwość opuszczenia dna). zastosowanie w gr. I-IV, gr. III-IV – wymagają spulchnienia zrywarką. Grubość skrawanej warstwy 10 – 30 cm. Przemieszczenie i rozładunek następuje przy opuszczonej płycie (podłogi) a siłowniki hydrauliczne wypychają grunt ze skrzyni (porusza się tylko ściana). Zastosowanie: - odsypywanie gruntu, transport urobku i rozścielenie w wyznaczonym miejscu (przy rozścielaniu gruntu wstępnie zagęszcza grunt – dodatkowa czynność) - pracuje do 1,5 km (jeszcze wtedy opłacalne zastosowanie zgarniarki) - wykonuje wykopy i podłużne nasypy, - budowa zapór ziemnych, - plantowanie dużych powierzchni, - roboty pomocnicze, usuwanie darniny i humusu, - zastosowanie w eksploatacji płytko położonych żwirów i piasków. Utrudnienie to grunty zawierające frakcje kamienistą (ok. 20 cm) - wymagają dużego frontu pracy, - przy odległości transportu 300m są tańsze o 40% od koparki + transport. Typy zgarniarek: przyczepne i samobieżne sterowane mechanicznie lub hydraulicznie. Opróżnianie kosza: *w sposób grawitacyjny *opróżnianie wymuszone poprzez ruch tylnej ściany Pojemność skrzyni: *o małej poj. do 3m3 *średnia poj. 3-10m3 *duża poj. ponad 10m3. Wydajność eksploatacyjna: Qe=(60*V*Ka*Ksp*Kcz)/T*Ss V-geometryczna pojemność skrzyni; Ka- wsp. wypełnienia kosza 0.5-0.95, Ka=1.25-kiedy skrzynie da się wypełnić ponad pojemność, Ksp-wsp. nachylenia terenu, Kcz-wsp. wykorzystania czasu pracy. RÓWNIARKI: wyrównywanie i plantowanie powierzchni, do niewielkich wykopów, w zimie do odśnieżania dróg, do profilowania skarp największe nachylenie 1:2. Cechy charakterystyczne:- możliwość pokonania znacznych odległości, znaczna zwrotność, możliwość pracy na pochyłym terenie, niski koszt eksploatacji Ich podstawowym elementem jest lemiesz.. Podział: *lekkie- szerokość lemiesza do 2m *średnie-do 3m *ciężkie-ponad 3m. Długość cyklu zależy od od długości frontu (ok. 1km), szybkości jazdy ŁADOWARKI: maszyny do ładowania zbrylonych gruntów oraz materiałów sypkich. Wielkość charakterystyczna to wielkość kosza(1,1.25,1.5,1.8,2.35m3).Nie wolno przekraczać max udźwigu ładowarki. Podział 1)na pracę: cykliczna i ciągła. 2) przedsięrzutne ( ładowania czołowego) zasięrzutne (przerzutowe) Wydajność: Qe=(60*V*Ka*Km)/T+TH V-poj. kosza; Ka-wsp. napełnienia 0.45-1.0; Km-wsp. urabialności i łatwości spływania przy załadunku; T-nominalny czas trwania cyklu; TH-dodatkowy czas cyklu pracy ładowarki związany z czynnościami transportowymi. ZRYWARKI: stosuje się je do prac przygotowawczych, czyszczenie terenu. Mogą to być spycharki zaopatrzone w zrywarki do spulchniania gruntu. Zrywarki chodzą pewnymi pasami te pasy musza się na siebie nakładać. KOPARKI: maszyny do odspajania gruntu i ładowania na środki transportu lub na odkład. Podział: -jednonaczyn. (łyżkowe) o pr. cykl.- wielonacz.(wieloczerpakowe) o pr. Ciągłej elementem roboczym jest taśma łańcuchowa wyposażona w naczynia. Ze względu na schemat pracy 3 rodzaje:-poprzeczne( do wykopów szerokoprzestrzennych ze względu na możliwość dowolnego pochylania wysięgnika, łatwe formowanie skarp) –podłużne ( do długich wykopów wąskoprzestrzennych, dla poprowadzenia instalacji np. kanalizacja) – frezujące (głównie w kopalniach odkrywkowych i do wykopów szerokoprzestrzennych) Koparki jednonaczyniowe: Według rodzaju wyposażenia *uniwersalne(wielocalowe)-mogą pracować jako koparki przedsiębierne, podsiębierne, zbierakowe, chwytakowe, mogą być wyposażone w wysięgnik i pracować jako dźwig lub kafar * półuniwersalne-3 rodzaje wyposażenia *jednocelowe-1 rodzaj wyposażenia 2. Wg. wielkości łyzki: *lekkie <0.5; *średnie 0.5-2.5; *ciężkie >2.5m3 3. Wg. napędu *kołowe; *gąsienicowe; *gąsienicowo –kołowe; *kroczące 4. Wg. możliwości obrotu nadwozia *pełnoobrotowe *niepełnoobrotowe 5. Wg rodzaju napędu *spalinowe *elektryczne *elektryczno-spalinowe 6. Wg rodzaju sterowania *mechaniczne *hydrauliczne *elektryczne Wydajność: Qe=(60*V*Ka*Ko*Km* Kcz)/T V- pojemność łyżki; T-czas trwania cyklu roboczego; Ka-wsp. wypełnienia; Ko-wsp. poprawkowy na kąt obrotu i wysokość urabiania; Km-wsp. urabialności i łatwości spływania; Kcz-wsp. wykorzystania czasu roboczego T=tdop+tobr+twył (czas odspajania gruntu i napełniania łyżki; czas obrotu do pozycji wyładowania; czas wyładowania), dla przeciętnych warunków pracy (0.3T,0.6T,0.1T) Jeśli chcemy zaoszczędzić to musimy tak zorganizować pracę aby obroty koparki były jak najmniejsze. Wydajność techniczna koparki jednonaczyniowej Qt=60*n*Sn*St*Sw1 (n-liczba cykli na minute, q- poj. Naczynia, Sn-wysypy. Napełnienia naczynia roboczego, St- WSP. Trudności odspajania gruntu. Sw1- wsp. Wykorzystania czasu pracy z uwzględnieniem przerw technologicznych) wydajność eksploatacyjna Qe=Qt*Sw2 –wsp. Wykorzystnia czasu pracy w okresie zmiany roboczej. Wydajność nominalna Qm=Qt/Sw1 Koparki przedsiębierne koparki o największej wydajności, wady: proces kopania powyżej spodu gąsienic, poruszanie po dnie wykopu może być utrudnione, wykop nie może być zalewany przez wody gruntowe. Koparki podsiębierne pracuje na brzegu górnym wykopu zaleta: mogą kopać w gruntach o wysokim poziomie wód gruntowych do wykonywania wykopów o średniej głębokości. Koparki zbierakowe znajdują zastosowanie przy profilowaniu wykopów, przy pogłębianiu i czyszczeniu zbiorników wodnych, przy załadunku, największa wydajność maja przy ładowaniu na odkład. Wyposażone są w zbierak (zgarniak) ciągnięty po pow. Wykopu za pomocą liny z wyciągarką, umożliwiają profilowanie skarp głębokich wykopów i wysokich nasypów Koparki chwytakowe operują na małych powierz, wykonują wykopy wąskoprzestrz. (głębokie) – do budowy ścianek szczelinowych, najlepiej pracują na odkład. Wyposażony w chwytak 2 lub wielo łupinowy. Chwytak na linie zrzucany jest z odp. Wysokości, podnoszeniu łupiny zwierają się, wybierając grunt) Koparki lądowe albo pływające: bardzo duża wydajność Qe = 60*V*n*Ka*Kcz/Ss, gdzie n to ilość wysypu na min. MASZYNY POMOCNICZE Maszyny do zagęszczania gruntu. Zagęszczenie gruntów w nasypach: sposób naturalny- może powodowac nierównomierne osiadania dlatego stosujemy sztuczne. Zalety: zmniejszenie osiadań i podwyższenie nośności- skrócenie czasu inwestycji, zmniejszenie wodoprzepuszczalności i wysokości kapilarnego podciągania wody ( przez co grunt bardziej mrozoodporny), podwyższenie wytrzymałości gruntu na ścinanie, zwiększenie stateczności, oniżenie ryzyka powstawania osuwisk. Przeprowadzamy przy wilgotności optymalnej – uzyskuje się największą wartość gęstości obj. Szkieletu gruntowego. Metody zagęszczania: wałowanie, wibrowanie, ubijanie, metody mieszane. Walce (statyczne i wibracyjne, samojezdne i ciągnione, gładkie ( do gr. Spoistych, gorsze wyniki w gr. Sypkich, walcowana warstwa 10-15 cm), kołkowane (najlepsze efekty w gr. Spoistych i wilgotnych, warstwa 25-40 cm), ozębowane, mogą być gumowe koła (prędkość do 25, do gr. Spoistych gdzie wn>wopt, także do sypkich gruboziarnistych). Wydajność walców Qe=(1000(b-a)v*Kcz )/2 b-szerokość a- zakład zagęszczonych pasów v- prędkość n- liczba przejść po 1 pasie Kcz –wsp. Wykorzystania czasu roboczego Zagęszczarki (płyty wibracyjne, wielkość charakterystyczna: siła wymuszająca około 60-80 kN, typy: zagęszczarki wibracyjne ster. ręcznie i kroczące. Masa maszyny poddawana jest drganiom o znacznej częstotliwości kilka tysięcy na minute i stosunkowo małej amplitudzie). Ubijaki i ubijarki (rodzaje ubijaków: spalinowe i elekt., rodzaje ubijarek: samobieżne i płytowe. Masa ubijaka po podniesieniu opada i zagęszcza grunt- mniejsza masa niż zagęszczarek). Maszyny do hydromechanizacji wykorzystują wodę do * odspajania i rozdrabniania gruntu oraz skał * przenoszenia i transportu urobku * układania gruntu lub elementów obiektu. Zalety: * łatwe przemieszczanie w krótkim czasie dużych mas ziemnych * stosunkowo niski koszt robót * dość wysoka jakość nasypów przy dobrej granulacji grunty. Wady: * znaczne zużycie wody * mała przydatność w gruntach spoistych * mniej bezpieczne warunki pracy niż przy innych metodach. ROBOTY ZIEMNE Pod pojęciem proj. robót ziemnych należy rozumieć takie dobranie sposobu wykon. rob. ziem., aby ich koszt był jak najmniejszy przy zachowaniu wymaganych terminów jak i warunków technicznych. Podstawę stanowi projekt techniczny obiektu (budowli), który pozwala na wykonanie obliczeń ilości mas ziemnych – jest to podstawa kosztorysu. Kolejnym zad. jest dokonanie rozdziału mas ziemnych oraz opracowanie technologii i organizacji robót. Projektowanie robót ziem. powinno być rozważane przy wykorzystaniu mat. metod projektowania i optymalizacji procesów produkcyjnych, inwestycyjnych: - programowanie liniowe (zadania), - projektowanie sieciowe (mat. sieciowe z tzw. różnego rodzaju sprzężeniami), - teoria masowych. Roboty ziemne dzieli się z reguły ze względu na ich charakter na: - liniowe (są związane z budową dróg, linii kolejowych, energetycznych), - powierzchniowe (są związane z budową obiektów przemysłowych i hydrotechnicznych). Rozdział mas dla każdego typu obiektu musi być dostosowany do jego chartkt. i uwarunkowań technologicznych prowadzenia prac. ZAWARTOŚĆ PROJEKTU ROBÓT ZIEMNYCH. 1. Orientacyjny plan sytuacyjny (warstwicowy) w skali 1:25000 lub większy. 2. Plan sytuacyjny terenu warstwicowy z zaznaczonymi położeniami budowli ziemnych oraz wykopów, skala 1:2000¸1:500, wszystkie istniejące obiekty, kanalizacja. 3. Przekroje charakt. terenu z naniesionymi przekrojami wykopów i nasypów, skala pionowa 1:100, 1:200. 4. Wyniki badań geotechnicznych gruntu, obliczenia stateczności, nośności. 5. Opis tech., war. techniczne wykonania robót. 6. Rysunki szczegółowe, detale. 7. Obliczenia mas ziemnych. 8. Bilans i rozkład mas ziemnych. 9. Opis metod wykonania robót ziemnych. 10. Określenie ilości środków transportu. 11. Wyznaczenie tras transportu mas ziemnych. 12. Obliczenia robocizny i innych wskaźników. 13. Plan pracy maszyn. 14. Harmonogramy robót. 15. Projekt odwodnienia wykopów. 16. Plan zagospodarowania i uzbrojenia terenu ROBOTY PRZYGOTOWAWCZE: *oczyszczenie terenu z drzew i krzewów, starych nawierzchni; *konieczność wykonania urządzeń odwadniających, drenaży, rowów lub geowłókniny(drenaże robimy z odpowiednim spadkiem) *odwodnienie poniżej ZWG(jeżeli wykopy są niegłębokie wykonywane w ściankach szczelnych przesączające się wody można wypompować lub zastosowac rowy) *obniżenie ZWG(za pomoca igłofiltrów lub studni depresyjnych wierconych k10>10-7m/s) *zabezpieczenie terenu przed nawodnieniem i rozmywaniem *wyrównanie powierzchni(gr. sypkie) *zabezpieczenie terenów osuwiskowych *powierzchnie pochyłe pod nasypy zeschodkować *usunięcie z terenu budowy gruntów ściśliwych i błotnistych(ewentualnie zastosować sposoby zagęszczenia i stabilizacji) *obudować drogi transportowe *wytyczyć budowle ziemne i wykopy w terenie . NASYPY: Metody: warstwowa, boczna,od czoła(przy wykonywaniu z gr. kamienistych) ,sypania z estakad rusztowań Lokowanie gr. na nasypach: *gr nieprzepuszczalne znajdują się w środku nasypu *jeżeli gr. nieprzepuszczalne wychodzą na powierzchnie to trzeba je przykryc piaskiem(1/3 głębokości strefy przemarzania). Wymiary nasypów powiększone w stosunku do projektowanych projektowanych uwagi na osiadania. Przy wykonywaniu bieżąca kontrola zagęszczenia, wymiarów. Kontrola eksploatacyjna w nasypach hydrotechnicznych. Wykonawstwo: *rozłożenie gruntu wraz z przygotowaniem do zagęszczenia *zagęszczenie (Vw=g*(wopt –wn)/(100+wn)-objętość wody wopt=8-12%-piaski, 9-14% gliny piaszcz., piaski gliniaste; 16-22% gliny zwięzłe, iły; 16-22% pyły,lessy. *gr. sypkie (-warstwy 30-100cm; -zagęszczenie walcami wibracyjnymi liczba przejść po jednym śladzie 3-8; -wymagają polewani podczas zagęszczania) *...
bpiim