Dynamiczny (wibracyjny) sposób obciążenia podłoża gruntowego ma wiele zalet, a mianowicie:
- umożliwia znaczne zwiększenie wartości sił działających na podłoże, co wynika ze sposobu wymuszania;
- zmienia wartości kąta tarcia wewnętrznego (zmniejsza) w zagęszczanym podłożu, co ma istotny wpływ na skuteczność działania maszyny;
- pozwala na ewentualne wykorzystanie zjawisk rezonansu w układzie dynamicznym maszyna—podłoże;
- umożliwia uzyskanie dużych przyspieszeń drgań, co ma wpływ na przebieg procesu zagęszczania.
Wymienione i jeszcze inne czynniki mogą mieć różne znaczenie i wpływ na procesy dynamicznego zagęszczania.
Zagęszczanie gruntu metodą wibracyjną polega na przenoszeniu drgań mechanicznych wywołanych przez wibrator na masę gruntową. Wywołane drgania gruntu zmniejszają opór tarcia wewnętrznego między poszczególnymi ziarnami i cząstkami. Grunt zachowuje się wtedy jak ciecz. Ziarna i cząstki gruntu przezwyciężają opór tarcia wewnętrznego, ślizgają się po ziarnach sąsiednich oraz przesuwają pod działaniem siły ciężkości i nadawanego pędu do miejsc pustych w masie gruntowej i układają się szczelnie obok siebie. W rezultacie uzyskuje się grunt zagęszczony, w którym mniejsze ziarna i cząstki wypełniają pory między ziarnami większymi.
Wibracyjnym zagęszczaniem gruntów badacze zajmują się od dość dawna, jednak do tej pory nasza wiedza o czynnikach wpływających na to zjawisko jest bardzo niekompletna, a poglądy często sprzeczne. Najważniejsze czynniki mające zasadniczy wpływ na wibracyjne zagęszczenie gruntów to: skład granulometryczny i wskaźnik różnoziarnistości, kształt i stopień obtoczenia ziaren, wilgotność gruntu, amplituda drgań, częstotliwość drgań, przyspieszenie drgań, obciążenie statyczne, czas wibracji i energia zagęszczania.
W przypadku walców wibracyjnych następuje jednoczesne oddziaływanie statyczne i dynamiczne przetaczającego się walca na podłoże. Dzięki temu uzyskano znaczne zwiększenie efektywności zagęszczania podłoża.
Elementem roboczym w walcach wibracyjnych jest wał toczący się po zagęszczanym podłożu, który dzięki układowi wymuszającemu porusza się ruchem drgającym, działając w sposób dynamiczny na zagęszczane podłoże.
Walce wibracyjne są nowym osiągnięciem w dziedzinie zagęszczania gruntów. Wydajność walców wibracyjnych przy zagęszczaniu gruntów jest kilkakrotnie większa od wydajności walców statycznych (przy podobnym ciężarze), dzięki większej prędkości wałowania oraz większych głębokości zagęszczania gruntu. Oddziaływanie ciężkich walców wibracyjnych w gruntach niespoistych sięga ok. 2,0 m. Na przykład, wibracyjny walec typu tandem (2 walce wibracyjne) zagęszcza grunt na głębokość 0,8 m przy trzech przejazdach, podczas gdy przy zastosowaniu podobnych walców statycznych wymaga to około 10 przejazdów.
Walce wibracyjne w porównaniu ze statycznymi są lżejsze, ich skuteczność działania jest większa, a zakres stosowania bardzo szeroki: od gruntów do wszelkiego rodzaju nawierzchni drogowych do narzutu kamiennego w zaporach wodnych.
Klasyfikację walców wibracyjnych w zależności od ich cech konstrukcyjno-eksploatacyjnych przedstawiono na rys. 1.
Walce wibracyjne najefektywniej zagęszczają grunty niespoiste. Stosuje się je też do zagęszczania narzutu kamienistego i rumoszy. Ostatnio używane są też do zagęszczania gruntów spoistych, przy czym szczególnie efektywne są walce wibracyjne szerokostopowe. Grubość warstw zagęszczanych w nasypach, w zależności od rodzaju gruntu i walca, można orientacyjnie przyjąć z tabl. 1. Należy zwrócić uwagę, że przy zagęszczeniu sprzętem wibracyjnym, górna część warstwy jest z reguły mniej zagęszczona niż dolna. Wymaga to dodatkowego zagęszczenia górnej części warstwy np. walcem statycznym.
Rys.1. Klasyfikacja walców wibracyjnych. [2]
Tablica 1. Orientacyjne wartości grubości warstw zagęszczonych i liczba przejść sprzętu ubijającego i wibracyjnego [2]
Literatura:
- Materiały z konf.: Podłoże i fundamenty budowli drogowych. IBDiM, Kielce 2012,
- Pałys F.,Smoręda Z.: Poradnik technika melioranta. PWRiL. W-wa 1986,