Δομικές μηχανές και συμπύκνωση εδαφών (β’ μέρος)

Οι δομικές μηχανές είναι ένας από τους βασικότερους συντελεστές παραγωγής για τα τεχνικά έργα. Από αυτές, τα μηχανήματα συμπύκνωσης μειώνουν το πορώδες του εδάφους αυξάνοντας τη φέρουσα ικανότητά του.

 

Των κ. Δημήτρη N. Χριστοδούλου και Ξενοφώντα Σπηλιώτη*

 

Υπάρχουν δυο διαφορετικοί μέθοδοι συμπύκνωσης, η δονητική και η κρουστική, για τις οποίες χρησιμοποιούνται και τα αντίστοιχα μηχανήματα: Δονητικοί οδοστρωτήρες (που διακρίνονται σε αυτοκινούμενους ή ρυμουλκούμενους και χρησιμοποιούνται σε υλικά θραυστά ή φυσικής προέλευσης) και δονητικοί κοπανιστήρες (που χρησιμοποιούνται για συνεκτικά εδάφη και επιτυγχάνουν συμπύκνωση με κρούσεις της πλάκας που φέρουν).

 

Δονητική συμπύκνωση

 

Η δονητική συμπύκνωση βασίζεται στη μετάδοση κινητικής ενέργειας από τη δονητική μηχανή στο έδαφος, ώστε οι κόκκοι του υλικού να μετακινούνται και να γεμίζουν τους κενούς χώρους, με αποτέλεσμα την αύξηση της πυκνότητας και επομένως της αντοχής. Κατά τη μέθοδο αυτή τοποθετείται πάνω στο προς συμπύκνωση έδαφος μία μάζα (κύλινδρος ή πλάκα) στην οποία, με τη βοήθεια δονητή, προκαλούνται ταλαντώσεις με διεύθυνση κάθετη προς το έδαφος, με συνέπεια παλμικές κινήσεις των κόκκων του εδάφους.

Από την παλμική αυτή κίνηση αναπτύσσονται δυνάμεις αδράνειας στους κόκκους, οι οποίες διαφέρουν από κόκκο σε κόκκο ανάλογα με τη μάζα του. Οι διαφορές στις δυνάμεις αδράνειας επιφέρουν ολισθήσεις των κόκκων μεταξύ τους.

Η μέθοδος αυτή συνιστάται σε μη συνεκτικά εδάφη με μεγάλο βαθμό ανομοιομορφίας των κόκκων, και μπορεί να επιτύχει συμπύκνωση σε μεγαλύτερο βάθος. Η δόνηση δεν πρέπει να υπερβαίνει ορισμένα χρονικά όρια, τα οποία προσδιορίζονται με δοκιμές στο υπό συμπύκνωση υλικό, διότι μπορεί να διαχωριστούν οι κόκκοι του εδάφους κατά μέγεθος και να σχηματιστούν στρώματα κόκκων ίδιου μεγέθους.

Οι δονητικοί οδοστρωτήρες διακρίνονται σε αυτοκινούμενους ή ρυμουλκούμενους ίσων κυλίνδρων. Οι δύο τύποι χρησιμοποιούνται σε διαφορετικά είδη εδαφών. Μοιάζουν με τους στατικούς οδοστρωτήρες, με τη διαφορά ότι ένας από τους κυλίνδρους είναι εφοδιασμένος με δονητή που προκαλεί τις απαιτούμενες για τη δυναμική λειτουργία του οδοστρωτήρα ταλαντώσεις. Ο μπροστινός κύλινδρος είναι κατευθυνόμενος για τις αλλαγές πορείας του μηχανήματος, ενώ ο δονητής είναι συνήθως τοποθετημένος στον πίσω.

Οι αυτοκινούμενοι οδοστρωτήρες έχουν βάρος που κυμαίνεται μεταξύ 1,8 και 7 τόνων, έχοντας συχνότητα διέγερσης 0-33,3 Hz για συμπύκνωση σε βάθος και 0-50 Hz για επιφανειακή συμπύκνωση. Το μειονέκτημά τους είναι ότι με τις δονήσεις καταπονείται πολύ ο χειριστής.

Στην ημιρυμουλκούμενη έκδοσή τους, στη θέση του μεταλλικού κυλίνδρου τοποθετούνται δύο ελαστικοί τροχοί, ενώ το στατικό βάρος των ημιρυμουλκούμενων συμπυκνωτών φτάνει τους 16 τόνους με συχνότητα διέγερσης 40 και 25 Hz, αντίστοιχα, για μικρά και μεγάλα μεγέθη ταλάντωσης.

ΕΙΚΟΝΑ 1-Ημιρυμουλκούμενος δονητικός συμπυκνωτής.

Ο ρυμουλκούμενος δονητικός κύλινδρος (εικόνα 1) έχει μεταλλικό τύμπανο, λείο ή με προεξοχές, το οποίο έλκεται από ερπυστριοφόρο ή ελαστικοφόρο ελκυστήρα. Το βάρος του φτάνει τους 13,5 τόνους και χρησιμοποιείται συνήθως για εργασίες συμπύκνωσης μεγάλου όγκου με ταχύτητες συμπύκνωσης μεταξύ 1,2-2,4 km/h. Η επιτρεπόμενη μέγιστη κλίση λειτουργίας είναι 17 μοίρες.

Οι επίπεδοι δονητικοί συμπυκνωτές (δονητικές πλάκες, εικόνα 2) κατασκευάζονται σε διάφορα μεγέθη, με επιφάνεια πλάκας από 0,65 έως 1,25 m2, με βάρος από 700 έως 3.200 kg και με ταχύτητες 8-20 km/h. Οι συχνότητες διέγερσης είναι της τάξης των 40-50 Hz για τις μικρές πλάκες και 20-40 Hz για τις μεγάλες πλάκες.

ΕΙΚΟΝΑ 2-Αυτοκινούμενη δονητική πλάκα με πετρελαιοκινητήρα.

Η λειτουργία της δονητικής πλάκας διαφέρει από εκείνη του δονητικού οδοστρωτήρα: Η δονητική πλάκα εκτελεί ελαφρές αναπηδήσεις στο έδαφος, ενώ ο δονητικός οδοστρωτήρας εφάπτεται συνέχεια στο έδαφος λόγω του βάρους του. Έτσι, αποφεύγεται η οριζόντια μετακίνηση του εδάφους και η δημιουργία κυματοειδούς επιφάνειας. Συγχρόνως, με τις αναπηδήσεις, η μηχανή μετακινείται προς την επιθυμητή κατεύθυνση.

 

Κρουστική συμπύκνωση

 

Η κρουστική συμπύκνωση επιτυγχάνεται με δονητικούς κοπανιστήρες, και η συμπύκνωση είναι το αποτέλεσμα της κρούσης της πλάκας του μηχανήματος με το έδαφος. Τα τυπικά βάρη των κοπανιστήρων κυμαίνονται μεταξύ 50 και 100 κιλών και η συχνότητα των κρούσεων κυμαίνεται μεταξύ 540 – 660 το λεπτό. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται με ικανοποιητικά αποτελέσματα για συνεκτικά εδάφη μέχρι βάθους 80 cm, σε εργασίες περιορισμένης έκτασης.

 

Επιλογή του κατάλληλου εξοπλισμού

 

Στον πίνακα παρουσιάζεται η καταλληλότητα των βασικών τύπων συμπυκνωτών για τις διάφορες κατηγορίες εδαφών.

 

 

Συσχέτιση καταλληλότητας τύπου οδοστρωτήρα με υλικό προς συμπύκνωση

Υλικό Στατικός οδοστρωτήρας με χαλύβδινους κυλίνδρους Στατικός οδοστρωτήρας με ελαστικούς κυλίνδρους Δονητικός οδοστρωτήρας
Βράχος Συνιστώμενο Οριακό Συνιστώμενο
Χαλίκι (καθαρό ή λασπώδες) Συνιστώμενο Αποδεκτό Συνιστώμενο
Χαλίκι με αργιλώδεις προσμίξεις Συνιστώμενο Αποδεκτό Αποδεκτό
Άμμος (καθαρή ή λασπώδης) Οριακό Οριακό Συνιστώμενο
Άμμος (αργιλώδης ή λασπώδης) Οριακό Αποδεκτό Αποδεκτό
Άργιλος (λασπώδης ή αμμώδης) Οριακό Συνιστώμενο Αποδεκτό
Βαριά άργιλος Οριακό Συνιστώμενο Αποδεκτό

Οι δονητικοί οδοστρωτήρες δίνουν ικανοποιητικά αποτελέσματα σε μη συνεκτικά διαβαθμισμένα θραυστά υλικά ή φυσικής προέλευσης. Οι βαρείς δονητικοί κύλινδροι είναι κατάλληλοι για συμπύκνωση μεικτών υλικών, δηλαδή για αμμοχάλικα με αργιλικά υλικά ή και ακόμη για δύσκολα συνεκτικά υλικά, στα οποία η στατική συμπύκνωση αστοχεί. Η ταχύτητα διέλευσης στο διαστρωμένο υλικό επηρεάζει, επίσης, τη συμπύκνωση. Η βέλτιστη ταχύτητα για τους δονητικούς οδοστρωτήρες κυμαίνεται μεταξύ 1,5 και 2 km/h. Στους στατικούς και δονητικούς με «κατσικοπόδαρα» η μέγιστη ταχύτητα διέλευσης είναι 6 και 8 km/h.

Αύξηση της ταχύτητας διέλευσης απαιτεί αντίστοιχη αύξηση του αριθμού διελεύσεων. Η ταχύτητα και ο αριθμός διελεύσεων εξαρτάται από τις ιδιότητες του εδάφους. Όπως φαίνεται στο γράφημα 1, η αύξηση της πυκνότητας μετά από 10 διελεύσεις είναι σχετικά μικρή.

 

Αριθμός διελεύσεων συμπυκνωτή σε σχέση με την πυκνότητα του συμπυκνούμενου υλικού.

 

*O Δημήτριος Ν. Χριστοδούλου είναι δρ. πολιτικός μηχανικός του ΔΠΘ και επίκουρος καθηγητής του Τμήματος Περιβάλλοντος του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας. Ο Ξενοφών Σπηλιώτης είναι Καθηγητής του Τμήματος Περιβάλλοντος του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας και Διευθυντής του Εργαστηρίου Χημικής Τεχνολογίας, Επιστήμης και Μηχανικής Συμπεριφοράς των Υλικών.

 

Ελέγξτε επίσης

Η εξέλιξη των κανονισμών και η ορθή χρήση των δομικών υλικών στην πυροπροστασία των κατασκευών

Η ανεκτίμητη ανθρώπινη ζωή, οι σύγχρονες ανάγκες που επιβάλλει ο αστικός τρόπος διαβίωσης, οι απαιτήσεις …

Τα Περιοδικά μας
WordPress Ads