Zagęszczenie gruntów to proces, podczas którego dochodzi do zmniejszenia porowatości gruntu, czyli zwiększenia jego gęstości objętościowej. Dzięki zagęszczeniu zwiększa się wytrzymałość gruntu, dzięki czemu można uniknąć np. osiadania. Prace związane z zagęszczeniem gruntu wykonuje się między innymi w przypadku:
- wykonywania obiektów infrastruktury drogowej,
- wykonywania obiektów budowlanych inżynierskich,
- zasypywania różnego rodzaju wykopów, np. przy zasypywaniu instalacji,
- wykonywania powierzchni utwardzonych z kostki brukowej.
Zagęszczenie gruntów – sposoby zagęszczania
Zagęszczenie gruntów może się odbywać w sposób naturalny bądź sztuczny. W przypadku metody naturalnej zagęszczenie odbywa się znacznie dłużej niż w przypadku zagęszczenia sztucznego, poprzez ciężar własny gruntu bądź opady atmosferyczne oraz wody powierzchniowe. Zagęszczenie metodami sztucznymi polega na wykorzystaniu urządzeń, za pomocą których zostanie osiągnięty wymagany stopień zagęszczenia gruntu. W tym celu można wykorzystać np. walce, zagęszczarki płytowe, ubijaki (skoczki), itp. W celu sprawdzenia stopnia zagęszczenia gruntów należy wyznaczyć wskaźnik zagęszczenia Is wyrażony następującym wzorem:
\[I_s = \frac{ρ_s}{ρ_ds}
\]
gdzie:
ρs – gęstość objętościowa szkieletu gruntowego,
ρds – maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego o optymalnej wilgotności po zagęszczeniu w aparacie Proctora.
Metody zagęszczenia gruntów
Jak już wyżej wspomniano, do zagęszczenia gruntów metodami sztucznymi można wykorzystać walce, ubijaki płytowe, ubijarki mechaniczne (skoczki) czy też różnego rodzaju zagęszczarki.
Zagęszczanie za pomocą walców
Walce należą do jednych z najbardziej rozpowszechnionych maszyn zagęszczających grunt. Ze względu na ciężar wyróżnia się walce:
- lekkie (do 1,5 ton) – zagęszczające warstwę gruntu o grubości od 20 do 30 cm,
- średnie (do 5 ton) – zagęszczające warstwę gruntu o grubości od 30 do 50 cm,
- ciężkie (do 20 ton) – zagęszczające warstwę gruntu o grubości do 80 cm.
Wydajność walców można obliczyć według następującego wzoru:
\[W_w = \frac{1000 \cdot v \cdot (B-b) \cdot S_w}{n}
\]
gdzie:
v – prędkość jazdy walca w [km/h],
B – szerokość robocza walca w [m],
b – szerokość pasów pokrywających się podczas wałowania o szerokości od 20 do 25 cm,
Sw – współczynnik wykorzystania czasu roboczego,
n – liczba przejazdów walca po jednym śladzie (wartość określona na podstawie wykonania próbnego zagęszczenia gruntu).
W zależności od rodzaju płaszcza wału, w walcu siłę jednostkowego nacisku należy wyznaczyć z następujących wzorów:
W przypadku walców o gładkim płaszczu siłę jednostkowego nacisku należy wyznaczyć korzystając z wzoru:
\[p = \frac{F}{b \cdot \sqrt{d \cdot h}}
\]
Natomiast dla walców z płaszczem okołkowanym siłę jednostkowego nacisku oblicza się według wzoru:
\[p = \frac{F}{A \cdot n}
\]
gdzie:
P – siła jednostkowego nacisku w [km/m2],
F – siła nacisku walca w [kN],
b – długość pobocznicy walca w [cm],
d – średnica walca w [cm],
h – głębokość zagłębienia się walca w grunt w [cm],
A – powierzchnia oporowa dla jednego koła w [m2],
n – liczba kołków znajdujących się na płaszczu walca w jednym rzędzie.
Ubijaki mechaniczne i zagęszczarki
Do zagęszczenia gruntu można również stosować ubijaki mechaniczne oraz zagęszczarki, które w zależności od ciężaru dzielą się na lekkie (do 70 kg), średnie (do 200 kg) oraz ciężkie (powyżej 200 kg). Urządzenia tego typu wyposażone są zazwyczaj w silnik spalinowy. Ubijaki mechaniczne, tzw. skoczki, mogą mieć ciężar od 50 do 150 kg oraz zagęszczając warstwę gruntu od 20 do 40 cm. Zagęszczarki dzielą się na jednokierunkowe oraz rewersyjne (pracujące w obu kierunkach). Masa zagęszczarek rewersyjnych może wynosić nawet 500 kg, zagęszczając grunt na głębokość wynoszącą nawet na 40 cm. Zagęszczarki posiadają znacznie większą wydajność niż w przypadku ubijaków mechanicznych (skoczków), jednak wybór właściwego rodzaju zagęszczarki zależy przede wszystkim od rodzaju i miejsca wykonywania prac. Wydajność zagęszczarek i ubijaków mechanicznych określona jest przez producentów urządzeń i wyraża się w m2/h.
Zagęszczenie za pomocą ubijaka płytowego
W przypadku ubijaka płytowego zagęszczenie gruntu polega na opuszczaniu na grunt płyty żelbetowej (płyta żelbetowa unoszona jest za pomocą żurawia, a następnie opuszczana). Wydajność zagęszczenia podłoża gruntowego ubijakiem płytowym określa się w m2 na zmianę według wzoru:
\[W = \frac {60 \cdot n_1 \cdot (a-c) \cdot (b-c) \cdot T \cdot S_w}{n_2}
\]
gdzie:
a,b – wymiary opuszczanej płyty żelbetowej,
c – wielkość zakładu przy każdym kolejnym uderzeniu wynosząca ok. 20 cm,
T – czas jednej zmiany roboczej,
Sw – współczynnik wykorzystania czasu roboczego,
n2 – wymagana liczba uderzeń w jednym miejscu.
Literatura:
[1] Martinek W., Nowak P., Woyciechowski P., „Technologia robót budowlanych”, Warszawa 2010.
Zobacz też:
Czasowe obniżenie zwierciadła wód gruntowych
