ΟΧΗΜΑΤΑ ΔΟΜΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ

Transcript

1 ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΟΧΗΜΑΤΑ ΔΟΜΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΑΝ. ΚΑΘ. Γ. ΠΑΡΑΔΕΙΣΙΑΔΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

2 1. Εισαγωγή Παρά τη χρήση απλών, πρωτόγονων μηχανών για την κατασκευή δομικών έργων από την αρχαιότητα, η εκτέλεσή τους μέχρι τις τελευταίες δεκαετίες του 19ου αιώνα βασιζόταν αποκλειστικά στην μυϊκή δύναμη, αφού οι απλές αυτές μηχανές (κυρίως ανυψωτικές διατάξεις) μπορούσαν μόνον να επαυξάνουν σε περιορισμένο βαθμό τη μυϊκή δύναμη ανθρώπων και ζώων. Η επινόηση των κινητήριων μηχανών (ατμομηχανών και μηχανών εσωτερικής καύσης) τον 18ο και 19ο αιώνα κατέστησε δυνατή την υποκατάσταση της ανθρώπινης εργασίας από τις μηχανές. Η υποκατάσταση αυτή στον τομέα της κατασκευής των τεχνικών έργων άρχισε να πραγματοποιείται με την επινόηση και εξέλιξη των δομικών μηχανών (μηχανημάτων έργων). Από τα τέλη του 19ου αιώνα χρησιμοποιήθηκαν μηχανήματα με τη σύγχρονη περίπου μορφή τους στην κατασκευή των μεγάλων τεχνικών έργων. Η προσπάθεια όμως για την εκμετάλλευση σε μεγαλύτερη κλίμακα των δυνατοτήτων τους για καλύτερη και ευχερέστερη κατασκευή των τεχνικών έργων, βασιζόμενη στην εξέλιξη της τεχνολογίας στον τομέα της κατασκευής μηχανημάτων, εντάθηκε κυρίως από τις αρχές 20 ου αιώνα. Η χρησιμοποίηση μηχανημάτων δομικών έργων κατά την διάνοιξη της διώρυγας του Παναμά (1911) επιτάχυνε σημαντικά την εξέλιξη του έργου. Ακολούθησε μία αλματώδης εξέλιξη όσον αφορά την κατασκευή και την χρησιμοποίηση των μηχανημάτων τεχνικών έργων. Έτσι σήμερα η χρήση αυτών των μηχανημάτων δεν περιορίζεται μόνο σε μεγάλα έργα (φράγματα, δρόμους, γεφύρια, ορυχεία κλπ.), αλλά επεκτείνεται και στις κτιριολογικές κατασκευές κάθε μεγέθους. 2

3 2. Κατάταξη και χρήση των οχημάτων δομικών έργων 2.1. Χρήση των οχημάτων δομικών έργων. Τα οχήματα (μηχανήματα) δομικών αποτελούν τον κύριο μηχανικό εξοπλισμό για την κατασκευή χωματουργικών εργασιών, δηλαδή: - Συμπύκνωση για τη σταθεροποίηση χωμάτινων όγκων. - Εκσκαφές και μετακινήσεις όγκων χώματος, προκειμένου να σχηματισθούν κοιλότητες ορισμένου ή μη γεωμετρικού σχήματος (λάκκοι, τάφροι για θεμελιώσεις ή άλλα έργα, χαντάκια αγωγών, διώρυγες κ.λ.π.), να γίνουν εκβαθύνσεις βυθών, διανοίξεις διόδων (δρόμων κλπ), επιχωματώσεις, πρανή δρόμων και αναχώματα (χωμάτινα υψώματα κατά μήκος των οχθών ποταμών), να αποξηρανθούν έλη, να αποκομισθούν από το έδαφος ή από τους βυθούς υλικά για διάφορες χρήσεις, να εξορυχτούν μεταλλεύματα κλπ. - Διαμορφώσεις και ισοπεδώσεις εδαφών. - Θρυμματισμός και ανάμιξη του εδάφους με άλλα υλικά. - Πολλά χωματουργικά μηχανήματα, όταν εφοδιασθούν με ειδικές εξαρτύσεις, χρησιμοποιούνται και για εκδασώσεις, εκχερσώσεις, εκχιονισμούς, αναμόχλευση εδαφών κλπ. Οι ειδικές εργασίες, τις οποίες εκτελούν τα διάφορα είδη χωματουργικών μηχανημάτων, είναι οι εξής: - Εκσκαφή και στη συνέχεια φόρτωση του εκσκαπτόμενου υλικού σε οχήματα ή τοποθέτηση αυτού σε σωρούς (εκσκαφείς κάθε είδους, φορτωτήρες, αυλακωτήρες). - Παραλαβή χώματος από μία θέση και αποθήκευσή του σε μεγάλη απόσταση (αποθέτες). - Εκσκαφή και μεταφορά του υλικού σε μικρές αποστάσεις (προωθητήρες). - Εκσκαφή, μεταφορά και διάστρωση του υλικού (αποξεστήρες). - Διαμόρφωση χωμάτινων επιφανειών με επιφανειακή εκσκαφή και μεταφορά χώματος βάσει καθορισμένου σχεδίου, ώστε να επιτυγχάνεται η επιθυμητή τελική μορφή (διαμορφωτήρες). - Ισοπέδωση επιφανειών με απόσπαση και μεταφορά χώματος από τις προεξοχές στις εσοχές τους (ισοπεδωτήρες και καμιά φορά προωθητήρες, διαμορφωτήρες, αποξεστήρες). - Συμπύκνωση εδαφών με πίεση ή με πρόκληση δονήσεων (μηχανήματα συμπυκνώσεως με κυλίνδρους ή με ελαστικούς τροχούς, δονητές). - Εκρίζωση θάμνων ή δένδρων (ελκυστήρες με ειδικές εξαρτύσεις, ριζοκόπτες κλπ). - Θρυμματισμός και ανάμιξη του εδάφους με άλλα υλικά (θρυμματιστές αναμικτήρες). 3

4 -Απομάκρυνση χιονιών είτε με τον εκτοπισμό τους στα πλάγια (εξαρτύσεις εκχιονισμού σε διαμορφωτήρες), είτε με εκτόξευσή τους σε απόσταση ή σε φορτηγά οχήματα (εκχιονιστικές φρέζες). Τα χωματουργικά μηχανήματα μετακινούνται από τη μία θέση στην άλλη αυτοπροωθούμενα, ελκόμενα ή φορτωμένα επάνω σε ελκυστήρες, φορτηγά αυτοκίνητα ή ρυμουλκούμενους μεταφορείς. Τα χωματουργικά μηχανήματα είναι ή συνεχούς λειτουργίας, δηλαδή από το ένα μέρος να σκάβουν και από το άλλο να εκκενώνουν συνεχώς το υλικό (εκσκαφείς και αυλακωτήρες με αλυσίδα κάδων ή με καδοφόρο τροχό, φορτωτές με μεταφορέα κλπ.), ή περιοδικής λειτουργίας, εκτελούν δηλαδή ένα κύκλο εργασίας, ο οποίος να επαναλαμβάνεται περιοδικώς (εκσκαφείς ή φορτωτές με ένα κάδο, αποξεστήρες κλπ). Η θέση εκσκαφής μπορεί να βρίσκεται : -Υψηλότερα από την επιφάνεια εδράσεως του μηχανήματος (εκσκαφείς με εξάρτυση τσάπας, εκσκαφείς με καδοφόρο τροχό). - Χαμηλότερα από την επιφάνεια έδρασης του μηχανήματος (εκσκαφείς με εξάρτυση ανεστραμμένης τσάπας, αρπάγη, συρόμενο κάδο, αυλακωτήρες). -Στο ίδιο περίπου επίπεδο με την επιφάνεια έδρασης του μηχανήματος (διαμορφωτήρες, ισοπεδωτήρες, αποξεστήρες). Οι ελκυστήρες άλλοτε αποτελούν τμήμα χωματουργικών μηχανημάτων (προωθητήρων, φορτωτών κλπ) και άλλοτε έλκουν χωματουργικά μηχανήματα (ελκόμενους αποξεστήρες, ισοπεδωτήρες κλπ.), γι αυτό και εξετάζονται μαζί με τα χωματουργικά μηχανήματα. 2.2 Κατηγορίες και είδη οχημάτων δομικών έργων. Τα οχήματα δομικών έργων διαιρούνται γενικά σε δύο μεγάλες κατηγορίες: Στα οχήματα γενικής και στα οχήματα ειδικής χρήσης. Οχήματα γενικής χρήσης λέγονται εκείνα που μπορεί να χρησιμοποιηθούν σε όλα ή στα περισσότερα από τα τεχνικά έργα. Τα οχήματα ειδικής χρήσης έχουν ειδική αποστολή και χρησιμοποιούνται σε ορισμένα μόνο τεχνικά έργα. Οπωσδήποτε δεν είναι δυνατή η αυστηρή κατάταξη των διαφόρων ειδών των οχημάτων δομικών έργων σε μία από τις παραπάνω κατηγορίες, γιατί ανάλογα με τη περιοχή δραστηριότητας κάθε τεχνικής επιχείρησης, το ίδιο μηχάνημα μπορεί να χαρακτηρισθεί γενικής ή ειδικής χρήσης. Π.χ. ένας προωθητής γαιών είναι μηχάνημα γενικής χρήσεως για μια επιχείρηση που κατασκευάζει έργα 4

5 οδοποιίας, ενώ για μια οικοδομική επιχείρηση είναι ειδικό μηχάνημα. Γενικά μπορούμε να χαρακτηρίσουμε ως μηχανήματα γενικής χρήσης τα μικρής και μέσης απόδοσης που κατασκευάζονται «σε σειρά» από τις διάφορες βιομηχανίες και που βρίσκονται στην αγορά και δε χρειάζεται ειδική παραγγελία για την απόκτησή τους. Τέτοια μηχανήματα είναι οι εκσκαφείς μέχρι 2m 3 (περιεκτικότητα κάδου), οι προωθητές γαιών, οι γερανοί ανυψωτικής ικανότητας μέχρι 15 ton, οι αναμικτήρες μπετόν μέχρι 1500 lt. Τα μηχανήματα ειδικής χρήσης είναι εκείνα που δεν κατασκευάζονται «σε σειρά» από τις βιομηχανίες παραγωγής αλλά κατόπιν παραγγελίας με ειδικές προδιαγραφές του χρήστη, συνήθως για κάποιο συγκεκριμένο έργο μεγάλης έκτασης ή για μία εξειδικευμένη λειτουργία που δεν καλύπτεται ικανοποιητικά από κάποιο μηχάνημα γενικής χρήσης Συνήθως έχουν μεγάλη απόδοση και υψηλό κόστος. Πχ. ένας εκσκαφέας καδοφόρου τροχού, απόδοσης 8500 m 3 /h, είναι μηχάνημα ειδικής χρήσης. Πέρα από το πλεονέκτημα της δυνατότητας χρησιμοποίησης σε περισσότερους τομείς τεχνικών έργων, ένα μηχάνημα γενικής χρήσης έχει και άλλα πλεονεκτήματα: εύκολη εξεύρεση χειριστών και τεχνιτών συντήρησης και επισκευών, καθώς και γρήγορη εξασφάλιση ανταλλακτικών. Επομένως θα πρέπει να επιδιώκεται από τους κατασκευαστές των τεχνικών έργων η αγορά και η χρησιμοποίηση στις εργασίες τους μηχανημάτων γενικής χρήσης. Η αγορά και η χρησιμοποίηση μηχανημάτων ειδικής χρήσης δικαιολογείται στις παρακάτω περιπτώσεις: - Όταν πρόκειται για εργασία που δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί από μηχάνημα γενικής χρήσης. - Όταν η χρησιμοποίηση του ειδικού μηχανήματος (αντί του μηχανήματος γενικής χρήσεως) μειώνει σημαντικά το κόστος κατασκευής του έργου. - Αν έκταση του τεχνικού έργου επιτρέπει την πλήρη απόσβεση του μηχανήματος (κατά την εκτέλεση του έργου). Με βάση το είδος της εργασίας που εκτελούν μπορούμε να κατατάξουμε τα διάφορα είδη οχημάτων τεχνικών έργων ως εξής: α) Οδοστρωτήρες (rollers) β) Ελκυστήρες (tractors) γ) Προωθητές γαιών (bulldozers) δ) Αποξέστες (scrapers) ε) Εκσκαφείς (excavators) στ) Ισοπεδωτές γαιών (graders). 5

6 Σχ.2.1 Αυτοκινούμενος οδοστρωτήρας με δύο κυλίνδρους. Σχ.2.2 Ελκυστήρας. 6

7 Σχ.2.3 Προωθητής γαιών. Σχ.2.4 Αποξέστης 7

8 Σχ.2.5 Τροχοφόρος εκσκαφέας Σχ.2.6 Ισοπεδωτής γαιών. 2.3 Κριτήρια επιλογής Το σημαντικότερο κριτήριο για την επιλογή ενός οχήματος δομικών έργων είναι το συνολικό κόστος καθ όλη τη διάρκεια χρήσης του από την επιχείρηση, μέχρι την τελική αχρήστευση ή ενδεχόμενη μεταπώλησή του. Το κόστος αυτό απαρτίζεται κυρίως από: - Το κόστος αγοράς - Το κόστος συντήρησης και επισκευών - Το κόστος καυσίμων και λιπαντικών 8

9 - Το κόστος του χειριστή - Το έσοδο από ενδεχόμενη μεταπώλησή του. Τόσο το κόστος αγοράς, όσο και το κόστος συντήρησης είναι για την ίδια απόδοση μικρότερα για ένα μηχάνημα γενικής χρήσης από ότι για ένα ειδικής χρήσης. Το κόστος συντήρησης και επισκευών εξαρτάται κυρίως από τις συνθήκες εργασίας του μηχανήματος και την συνέπεια τήρησης των προδιαγραφών συντήρησης (πχ. τη σωστή λίπανση και την έγκαιρη αντικατάσταση φθειρόμενων μερών). Άλλοι παράγοντες, των οποίων η σημασία εξαρτάται από τις συνθήκες του έργου, αλλά και της επιχείρησης είναι: - Το κόστος ασφάλισης του οχήματος - Ο χρόνος που το όχημα παραμένει ανενεργό λόγω εργασιών συντήρησης, επισκευών ή ρυθμίσεων. - Η ευχέρεια και ταχύτητα προμήθειας ανταλλακτικών. - Ο χρόνος που το όχημα μπορεί να καταστεί ξεπερασμένο, δηλ. παρά την καλή κατάστασή του να είναι οικονομικότερη η αγορά νέου οχήματος, που λόγω της εξέλιξης της τεχνολογίας να παρουσιάζει πολύ καλύτερη σχέση συνολικού κόστους απόδοσης. Με βάση την εκτίμηση όλων των στοιχείων κόστους μπορεί να εκτιμηθεί η παρούσα αξία του συνολικού κόστους του οχήματος. 9

10 3. Οδοστρωτήρες Οι οδοστρωτήρες είναι μηχανήματα που χρησιμοποιούνται για τη στατική συμπύκνωση του εδάφους, πχ. κατά την κατασκευή ενός δρόμου, ενός διαδρόμου αεροδρομίου, ή ενός βιομηχανικού δαπέδου υψηλής αντοχής.. Συμπύκνωση του εδάφους σημαίνει να γίνει αυτό συνεκτικότερο, δηλαδή χωρίς πόρους, ώστε να αντέχει υψηλότερες επιφανειακές πιέσεις. Η συμπύκνωση του εδάφους επιτυγχάνεται με μια ή συνδυασμό των εξής μεθόδων: - Με «ζύμωμα» του υλικού, - με στατική άσκηση βάρους, - με άσκηση βάρους με δονήσεις, - με κρουστική άσκηση βάρους. Συνήθως εφαρμόζονται οι τρεις πρώτες μέθοδοι, μέσω της κύλισης επί του εδάφους βαριών κυλίνδρων με τους οποίους είναι εξοπλισμένοι οι οδοστρωτήρες. Οι οδοστρωτήρες μπορεί να είναι αυτοκινούμενοι ή ρυμουλκούμενοι. Η ταχύτητά τους κυμαίνεται μεταξύ 2 και 11 km/h. Ανάλογα με το είδος του κυλίνδρου που χρησιμοποιούν, διακρίνονται τα ακόλουθα είδη οδοστρωτήρων: - Με λείους κυλίνδρους Στο Σχ.2.1 φαίνεται ένας αυτοκινούμενος οδοστρωτήρας με δύο λείους κυλίνδρους μεγάλης ισχύος, έναν πρόσθιο και έναν οπίσθιο, ενώ στο Σχ.3.1 ένας παρόμοιος μικρής ισχύος. Σχ.3.1 Αυτοκινούμενος οδοστρωτήρας με δύο κυλίνδρους. Οι αυτοκινούμενοι οδοστρωτήρες χρησιμοποιούνται σε ευρεία κλίμακα, ενώ οι ρυμουλκούμενοι σπάνια. Ο πιο συνηθισμένος τύπος είναι ο αυτοκινούμενος με δύο κυλίνδρους σε δύο άξονες. 10

11 Συνήθως σε μεγάλους οδοστρωτήρες κινητήριος είναι ο οπίσθιος κύλινδρος, ενώ σε μικρούς ο εμπρόσθιος. Οι κύλινδροι (τροχοί) είναι κλειστά τύμπανα που μπορούν να γεμίζονται με άμμο ή νερό για να ρυθμίζεται το βάρος τους. Υπάρχουν ωστόσο και οδοστρωτήρες με τρεις τροχούς, ένα διευθυντήριο μπροστά και δύο κινητήριους (με κοινό άξονα) πίσω (Σχ.3.2). Η απόσταση μεταξύ των πίσω τροχών είναι όσο το μήκος του εμπρόσθιου τροχού, ώστε να συμπιέζεται πλήρως μεγαλύτερο πλάτος οδοστρώματος. Σχ.3.2 Αυτοκινούμενος οδοστρωτήρας με τρεις κυλίνδρους. Η ειδική φόρτιση επί του εδάφους κυμαίνεται από 2 ως 10 N/mm 2, ανάλογα με το βάρος των κυλίνδρων. Οι οδοστρωτήρες αυτοί έχουν ίδιο βάρος από 2 ως 15 t και μπορεί να είναι και δονούμενου τύπου, με συχνότητα από 15 έως 80 Hz. Η κίνηση από το στροφαλοφόρο άξονα του πετρελαιοκινητήρα μεταδίδεται στον κινητήριο τροχό (εδώ κύλινδρο) με τα συνήθη συστήματα συμπλέκτη κιβωτίου ταχυτήτων, χωρίς όμως διαφορικό. Η διεύθυνση του μηχανήματος γίνεται με στροφή του προσθίου διπλού κυλίνδρου προς την επιθυμητή διεύθυνση. Ο άξονας του κυλίνδρου αυτού στηρίζεται σε ένα πλαίσιο, το οποίο συνδέεται με το οπίσθιο συγκρότημα του οδοστρωτήρα με άρθρωση στιβαρής κατασκευής. Η άρθρωση αυτή συνδέεται κατάλληλα με το σύστημα διεύθυνσης και κατά τη στροφή του τιμονιού στρέφεται μαζί με αυτή και ο πρόσθιος κύλινδρος. Το σύστημα διεύθυνσης, όπως και σε άλλα οχήματα, μπορεί να είναι μηχανικό ή υδραυλικό. Η πέδηση γίνεται με ταινιοπέδες που είναι συνήθως μηχανικές με ελατήρια και ενεργούν στον ένα ή και στους δύο κυλίνδρους. Η αποπέδηση γίνεται υδραυλικά και εφόσον εργάζεται ο κινητήρας. Στους κυλίνδρους, όπως φαίνεται στο Σχ.2.6, υπάρχουν αποξέστες, για να τους καθαρίζουν από τα κομμάτια του συμπυκνωμένου υλικού που προσκολλούνται επάνω σε αυτούς. Υπάρχει επίσης και 11

12 σύστημα ψεκασμού νερού επάνω στους κυλίνδρους, για την περίπτωση που συμπιέζεται ασφαλτικός τάπητας. Οι λείοι κύλινδροι είναι εξαιρετικά αποδοτικοί στη συμπίεση άμμου, χαλικιού ή σπασμένης πέτρας, καθώς και στην εξομάλυνση (ίσιωμα) συνεκτικών εδαφών που έχουν προηγουμένως συμπιεσθεί από κυλίνδρους με προεξοχές. Κατά τη συμπίεση όμως συνεκτικών εδαφών τείνουν να σχηματίζουν μία καλά συμπιεσμένη επιφανειακή κρούστα, χωρίς να συμπιέζουν επαρκώς το έδαφος σε μεγαλύτερο βάθος. Οδοστρωτήρες με έναν κύλινδρο εμπρός και δύο τροχούς με ελαστικά πίσω έχουν μεγάλη ευελιξία και ικανοποιητική απόδοση στη συμπύκνωση συνεκτικών εδαφών (Σχ.3.2). Σχ.3.2 Οδοστρωτήρας με έναν λείο κύλινδρο εμπρός και δύο ελαστικούς τροχούς πίσω. - Με κυλίνδρους με προεξοχές (κατσικοπόδαρα) Επάνω στο μεταλλικό κύλινδρο είναι συγκολλημένες μεταλλικές προεξοχές («κατσικοπόδαρα») με ποικίλο μήκος και διατομή (Σχ.3.3). Κατά την κύλιση του κυλίνδρου επί του εδάφους οι προεξοχές εισχωρούν στο έδαφος «ζυμώνοντάς» το, επιτυγχάνοντας έτσι καλύτερη μίξη των κόκκων (που μπορεί να είναι και διαφορετικής σύστασης) και συμπίεση του εδάφους από τα χαμηλότερα προς τα ψηλότερα στρώματα. Η πίεση επί του εδάφους κάτω από τις προεξοχές μπορεί να φθάνει τα 5 N/mm 2 ή και περισσότερο. Κατά την επαναλαμβανόμενη διέλευση του κυλίνδρου το βάθος διείσδυσης των προεξοχών μειώνεται. Για τη συμπίεση ενός οδοστρώματος μπορεί να προδιαγράφεται - είτε ο αριθμός των διελεύσεων με συγκεκριμένη πίεση κάτω από τις προεξοχές, - είτε επανειλημμένες διελεύσεις, με συγκεκριμένη πίεση κάτω από τις προεξοχές, μέχρι βάθος διείσδυσης των προεξοχών να γίνει μικρότερο ενός προδιαγεγραμμένου ορίου, - είτε επανειλημμένες διελεύσεις μέχρι το έδαφος να αποκτήσει μία προδιαγεγραμμένη πυκνότητα. 12

13 Σχ.3.3 Αυτοκινούμενος και ρυμουλκούμενος οδοστρωτήρες με κύλινδρο με προεξοχές. Οι κύλινδροι με προεξοχές είναι κατάλληλοι για τη συμπίεση συνεκτικών (αργιλωδών) εδαφών και μιγμάτων τους με άμμο, όχι όμως μόνον άμμου ή χαλικιού. Επίσης το βάθος του στρώματος εδάφους προς συμπίεση δεν πρέπει να ξεπερνά περίπου το μήκος των προεξοχών. Σε κάποιες παραλλαγές οι προεξοχές έχουν μορφή μεγαλύτερων επίπεδων πελμάτων ή συνεχούς πλέγματος (Σχ.3.4, Σχ3.5). Οι κύλινδροι με πλέγμα επιτυγχάνουν πολύ υψηλές τοπικές πιέσεις και είναι ιδιαίτερα κατάλληλοι για τη συμπίεση εδαφών που περιέχουν σπασμένη πέτρα, επειδή οι υψηλές πιέσεις σπάζουν τα θραύσματα πέτρας που προεξέχουν και τα πιέζουν μέσα στον όγκο του υλικού, δημιουργώντας σχετικά λεία επιφάνεια. Σχ.3.4 Κύλινδροι με προεξοχές μορφής πέλματος. 13

14 Σχ.3.5 Κύλινδροι με προεξοχές μορφής συνεχούς πλέγματος. - Με ελαστικούς τροχούς Οι ελαστικοί τροχοί, κατά την κύλισή τους επί του εδάφους «ζυμώνουν» το υλικό, συμπιέζοντας τα στρώματα κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Η συμπίεση γίνεται συνήθως με πολλαπλές διελεύσεις με αυξημένη κάθε λίγες διελεύσεις πίεση ελαστικών. Χρησιμοποιούνται οδοστρωτήρες με μικρούς ή με μεγάλους τροχούς. Οι οδοστρωτήρες με μικρούς ελαστικούς τροχούς (Σχ.3.6) διαθέτουν συνήθως έναν εμπρόσθιο και έναν οπίσθιο άξονα, συνδεδεμένους χωρίς διαφορισμό, με 4 έως 9 τροχούς σε κάθε άξονα. Οι πίσω τροχοί είναι τοποθετημένοι έτσι ώστε να καλύπτουν κατά την κύλισή τους τα κενά που αφήνουν μεταξύ τους οι εμπρόσθιοι τροχοί, ώστε να επιτυγχάνεται πλήρης κάλυψη της επιφάνειας μεταξύ των ακραίων τροχών. Οι τροχοί μπορεί να εδράζονται με τρόπο που να ταλαντεύονται κατά την περιστροφή τους, ώστε να επιτείνεται το «ζύμωμα». Σχ.3.6 Οδοστρωτήρας με μικρούς ελαστικούς τροχούς. 14

15 Οι οδοστρωτήρες με μεγάλους ελαστικούς τροχούς, με συνολικό βάρος μέχρι και 200 t, διαθέτουν έναν κινητήριο και έναν κινούμενο άξονα με δύο ή και περισσότερους τροχούς ανά άξονα, και επιτυγχάνουν συμπίεση όλων των τύπων εδάφους σε μεγάλο βάθος. Οι μεγάλοι ελαστικοί τροχοί, παράλληλα με τη συμπίεση του εδάφους, ωθούν και το υλικό μπροστά τους, επιτυγχάνοντας καλύτερη μίξη και επίπεδες επιφάνειες. Στο Σχ.3.6 φαίνεται ενδεικτικά η κατανομή της πίεσης εντός του εδάφους κάτω από μία πιεζόμενη επίπεδη κυκλική επιφάνεια, που προσεγγίζει ικανοποιητικά την κατανομή της πίεσης κάτω από την επιφάνεια επαφής ενός ελαστικού τροχού με το έδαφος. Σχ.3.7 Κατανομή της πίεσης εντός του εδάφους κάτω από πιεζόμενη επίπεδη κυκλική επιφάνεια. - Με δονούμενους κυλίνδρους ή τροχούς Πολλά είδη εδάφους, όπως άμμος, χαλίκι και σχετικά μεγάλες πέτρες συμπιέζονται καλύτερα όταν υφίστανται συνδυασμό πίεσης και δόνησης, επειδή κατά τη δόνησή τους τα κομμάτια τους αλλάζουν ευκολότερα θέση και προσανατολισμό και εισχωρούν σε υφιστάμενα κενά, με αποτέλεσμα την αύξηση της πυκνότητας του υλικού. Έτσι χρησιμοποιούνται οδοστρωτήρες με δονούμενους κυλίνδρους με ή χωρίς προεξοχές (συνήθως μορφής πελμάτων), καθώς και με δονούμενους ελαστικούς τροχούς. Η δόνηση, με συχνότητα από 15 έως 80 Hz, επιτυγχάνεται είτε με χωριστό κινητήρα τοποθετημένο επί του οδοστρωτήρα που διεγείρει ολόκληρο το όχημα, συνήθως ρυμουλκούμενο, είτε με υδραυλικό κινητήρα που περιστρέφει έναν οριζόντιο άξονα με έκκεντρα βάρη. Η ταχύτητα διέλευσης πρέπει να είναι πολύ χαμηλή, 2,5 4 km/h, ώστε να παρέχεται επαρκής ενέργεια δόνησης στο έδαφος. Κατά τη συμπίεση στρώματος από σχετικά μεγάλες πέτρες μεγέθους μέχρι και 50 cm, συνολικού πάχους 90 cm, από ρυμουλκούμενο δονούμενο κύλινδρο χωρίς προεξοχές, βάρους 10 t, με τις δύο πρώτες διελεύσεις επιτεύχθηκε το 60% της τελικής πυκνότητας, με τις δύο επόμενες το 83%, και με τις δύο τελευταίες το 100%. 15

16 4. Ελκυστήρες Οι ελκυστήρες (Σχ.2.2) χρησιμοποιούνται κυρίως για την έλξη ή ώθηση μηχανημάτων έργων, αλλά και γενικότερα για εργασίες όπου απαιτείται ελκτική ή ωστική δύναμη, όπως εκρίζωση δένδρων με τη βοήθεια καλωδίων ή ρυμούλκηση βαρέων φορτίων. Μπορούν να είναι τροχοφόροι ή ερπυστριοφόροι. Η σύνδεση του ρυμουλκουμένου οχήματος με τον ελκυστήρα γίνεται συνήθως μέσω μίας δοκού έλξης στο οπίσθιο μέρος του ελκυστήρα, της οποίας η θέση μπορεί να ρυθμίζεται εγκάρσια, διαμήκως και καθ ύψος («αιωρούμενη», Σχ.4.1). Συνήθως οι ελκυστήρες είναι εφοδιασμένοι και με μία ίδια διάταξη στο εμπρόσθιο μέρος τους, ώστε να μπορούν να ρυμουλκηθούν μόνοι τους σε περίπτωση πχ. που βυθιστούν σε λασπώδες έδαφος, με τη βοήθεια ενός καλωδίου περασμένου γύρω από ένα σταθερό στήριγμα. Σχ.4.1 Διάταξη δοκού έλξης: 1: Δοκός έλξης. 2: Μπάρα σε σχήμα τόξου με οπές για τη ρύθμιση της εγκάρσιας θέσης της δοκού έλξης. 3: Οπές για την τοποθέτηση του πίρου ζεύξης. 4: Ασφαλιστικές κλειδώσεις του πίρου ζεύξης. 4.1 Τροχοφόροι ελκυστήρες Οι τροχοφόροι ελκυστήρες συνήθως έχουν κίνηση και στους 4 τροχούς, για μεγιστοποίηση της δύναμης έλξης και μείωση της ολίσθησης. Μικρότεροι ελκυστήρες μπορεί να έχουν κατ αρχήν κίνηση μόνο στους δύο οπίσθιους τροχούς, που έχει το πλεονέκτημα ότι σε σταθερό, μη υποχωρητικό 16

17 έδαφος οι απώλειες στο σύστημα μετάδοσης κίνησης είναι μικρότερες λόγω διέλευσης ολόκληρης της ισχύος δια του συστήματος μετάδοσης των οπίσθιων τροχών (κεντρικοί άξονες, διαφορικό, ημιαξόνια, ακραίες μεταδόσεις), ενώ σε ανομοιογενές έδαφος (με μεταβαλλόμενο συντελεστή πρόσφυσης) η σε ανηφορική πορεία (με μειωμένο βάρος στους εμπρόσθιους τροχούς) αποφεύγεται η μετάδοση ισχύος στους τροχούς με τη μειωμένη πρόσφυση και συνεπώς μεγαλύτερη ολίσθηση, που εκτός από αύξηση των απωλειών, μπορεί να προκαλέσει και μείωση της αναπτυσσόμενης δύναμης πρόωσης. Ωστόσο σε όλους τους ελκυστήρες με κίνηση στους δύο οπίσθιους τροχούς υπάρχει πάντα η δυνατότητα κατ επιλογήν μετάδοσης της κίνησης και στους εμπρόσθιους τροχούς, για κίνηση σε υποχωρητικά εδάφη. Για την έλξη αποξεστήρων χρησιμοποιούνται και δίτροχοι ελκυστήρες, που παρουσιάζουν μειωμένη αντίσταση κύλισης και μικρότερες απώλειες μετάδοσης κίνησης, αλλά πολύ δυσκολότερη διεύθυνση. Λόγω της μεγάλης τους φόρτισης καθώς και της αντίστοιχα αυξημένης εσωτερικής πίεσης του αέρα (5 bar ή και περισσότερο), χρησιμοποιούνται ελαστικά με πολλά λινά, δηλ. αλλεπάλληλες στρώσεις από rayon ή nylon που παρεμβάλλονται μεταξύ των στρώσεων ελαστικού, καθώς και με δέσμες από χαλύβδινα σύρματα στα χείλη του ελαστικού που εφαρμόζουν στο σώτρο (Σχ.4.2). Σχ.4.2 Ελαστικό οχήματος δομικών έργων με τέσσερα λινά και ενισχυτική δέσμη χαλύβδινων συρμάτων στα χείλη: 1 σώτρο, 2 αεροθάλαμος, 3 και 4 στρώσεις ελαστικού, 5 δέσμη χαλύβδινων συρμάτων, 6 βαλβίδα αέρα. Για την εξασφάλιση μεγάλης πρόσφυσης τα ελαστικά κατασκευάζονται με ανώμαλες επιφάνειες διαφόρων μορφών, αναλόγως του είδους του εδάφους εργασίας του οχήματος. Τα ελαστικά α και β του Σχ.4.3 αντέχουν μεγάλες φορτίσεις και επιτρέπουν την ανάπτυξη αρκετά μεγάλων δυνάμεων πρόωσης. Είναι κατάλληλα για μαλακά και χαλαρά εδάφη (λάσπη, άμμος, χαλίκια), όπου χάρη στη μεγάλη επιφάνεια επαφής τους με το έδαφος δεν βυθίζονται εύκολα. Χρησιμοποιούνται συχνά σε μη 17

18 κινητήριους τροχούς (πχ. ρυμουλκούμενων αποξεστήρων). Τα ελαστικά γ, δ, ε και ζ εξασφαλίζουν πολύ καλή πρόσφυση και συνεπώς παρέχουν τη δυνατότητα ανάπτυξης μεγάλων δυνάμεων έλξης, ιδιαίτερα σε υγρά ή αργιλώδη εδάφη. Αυτοκαθαρίζονται από προσκολλώμενη λάσπη κατά την περιστροφή τους. Τέλος οι τύποι η και θ συνδυάζουν ικανοποιητική πρόσφυση με μεγάλη αντοχή σε φθορά και είναι κατάλληλοι για σκληρά εδάφη, ενώ η διαμόρφωση συντελεί στην αποφυγή ολίσθησης σε σκληρά εδάφη που καλύπτονται από στρώμα νερού. Σχ.4.3 Επιφάνειες ελαστικών για χρήση σε οχήματα δομικών έργων. Η χρήση δίδυμων τροχών επιτρέπει την αύξηση του βάρους του ελκυστήρα και μειώνει την επιφανειακή πίεση. Επίσης αυξάνει την ευστάθεια του οχήματος, τόσο λόγω της αύξησης του πλάτους έδρασης, όσο και επειδή λόγω χρήσης δύο μικρότερων τροχών αντί ενός μεγαλύτερου το κέντρο βάρους του οχήματος μετατοπίζεται χαμηλότερα, με συνέπεια την ευχερέστερη λειτουργία του σε κεκλιμένα αναχώματα. Ωστόσο δυσχεραίνει τη διεύθυνση του ελκυστήρα, ενώ οι πέτρες που σφηνώνονται μεταξύ τους επιταχύνουν τη φθορά των ελαστικών. Επίσης κατά την κίνηση σε ανώμαλα ή κεκλιμένα εδάφη, καθώς και όταν υπάρχει διαφορά πίεσης στους αεροθαλάμους ή μικρή διαφορά διαμέτρων, ο τροχός με τη μεγαλύτερη πίεση ή διάμετρο υπερφορτίζεται, ενώ κατά τη στροφή ο εξωτερικός τροχός κάθε ζεύγους διδύμων αναγκάζεται να διανύει μεγαλύτερη απόσταση από τον αντίστοιχο εσωτερικό, με αποτέλεσμα να ολισθαίνει και να φθείρεται ταχύτερα. 18

19 4.2 Ερπυστριοφόροι ελκυστήρες Ένα τυπικό σύστημα ερπύστριας ελκυστήρα (όπως αυτός του Σχ.2.2), αλλά και γενικότερα οχήματος δομικών έργων, απεικονίζεται στο Σχ.4.4. Επί ενός φορέα κοχλιωμένου στο σκάφος (σασί) του οχήματος εδράζονται οι τροχοί κύλισης (ή τροχοί εδάφους), οι τροχοί στήριξης, ο τροχός τάνυσης και ο κινητήριος τροχός, γύρω από τους οποίους τυλίγεται η ερπύστρια. Το βάρος του οχήματος μεταβιβάζεται μέσω του φορέα στους τροχούς κύλισης, τάνυσης και κινητήριο, και από αυτούς μέσω της ερπύστριας στο έδαφος. Το όχημα προωθείται με περιστροφή από τον κινητήρα του κινητήριου τροχού, που μέσω της οδόντωσής του περιστρέφει την ερπύστρια, εξαναγκάζοντας τους τροχούς κύλισης και τάνυσης σε κύλιση επί της ερπύστριας. Σχ.4.4 Σύστημα ερπύστριας οχήματος δομικών έργων. Η ερπύστρια αποτελείται από πέδιλα, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με αρθρώσεις που επιτρέπουν τη στροφή του κάθε πέδιλου ως προς το προηγούμενο ή το επόμενό του, ώστε να είναι δυνατή η τύλιξη της ερπύστριας γύρω από τούς τροχούς και η προσαρμογή της στις ανωμαλίες του εδάφους. Στα οχήματα δομικών έργων τα πέδιλα αποτελούνται συνήθως από δύο παράλληλες φλάντζες και ένα χωριστό πέλμα που βιδώνεται πάνω στις φλάντζες (Σχ.4.5). Έτσι, αν τα πέλματα φθαρούν, είναι δυνατή η αντικατάστασή τους χωρίς να απαιτείται αντικατάσταση ολόκληρων των πέδιλων. Στην επιφάνεια επαφής των πελμάτων με το έδαφος είναι διαμορφωμένοι όνυχες, για αύξηση της πρόσφυσης και της αντοχής των πελμάτων. Στους προωθητές γαιών χρησιμοποιούνται πέδιλα με έναν σχετικά μεγάλο όνυχα, ώστε να επιτυγχάνεται η μεγαλύτερη δυνατή πρόσφυση για την επίτευξη μεγάλης δύναμης πρόωσης (και συνεπώς ώθησης). Στους φορτωτές και τους εκσκαφείς χρησιμοποιούνται πέδιλα με τρεις μικρότερους όνυχες, ώστε αφ ενός να εξασφαλίζεται επαρκής δύναμη πρόωσης, αφ ετέρου να μην αυξάνεται υπερβολικά η αντίσταση κύλισης, για την οποία 19

20 Σχ.4.5 Πέδιλα ερπύστριας. 1. Μη λιπαινόμενη άρθρωση: στεγανοποίηση του εδράνου πίρου χιτωνίου με δισκοειδή ελατήρια. 2. Λιπαινόμενη άρθρωση: στεγανοποίηση του εδράνου πίρου χιτωνίου με πολυμερή στεγανωτικά. δαπανάται σχεδόν ολόκληρη η ισχύς πρόωσης αυτών των οχημάτων. Τα πέδιλα πρέπει να έχουν το απαραίτητο πλάτος για την εξασφάλιση επαρκώς χαμηλής επιφανειακής πίεσης για την κίνηση του οχήματος. Ωστόσο αν είναι υπερβολικά πλατιά, είναι δυνατόν οι όνυχες να μην εισχωρούν πλήρως στο έδαφος και το επίπεδο τμήμα των πελμάτων να μην πατά στο έδαφος. Τότε όλο το βάρος του οχήματος παραλαμβάνεται από τους όνυχες, κάτι που οδηγεί σε γρήγορη φθορά τους, ενώ η καμπτική καταπόνηση των πελμάτων μπορεί να προκαλέσει την παραμόρφωσή τους. Οι φλάντζες του κάθε πέδιλου συνδέονται με σφιχτή συναρμογή στη μία άκρη τους με ένα κυλινδρικό χιτώνιο και στην άλλη με έναν πίρο, ο οποίος εδράζεται και μπορεί να στρέφεται μέσα στο χιτώνιο του επόμενου πέδιλου. Η στροφή μεταξύ δύο γειτονικών πέδιλων επιτυγχάνεται με στροφή του πίρου του ενός πέδιλου μέσα στο χιτώνιο του άλλου. Για την αποφυγή της φθοράς τους η επιφάνεια επαφής μεταξύ πίρου και χιτωνίου μπορεί να λιπαίνεται. Στην περίπτωση αυτή το εσωτερικό του πίρου είναι γεμάτο με λάδι, που διοχετεύεται μέσω μίας οπής στην επιφάνεια τριβής του με το χιτώνιο (Σχ.4.6). Για την αποφυγή της φθοράς του οδοστρώματος, σε ερπυστριοφόρα οχήματα που κινούνται σε ασφαλτόστρωτους δρόμους χρησιμοποιούνται επίπεδα πέδιλα, ενώ για κίνηση επί μαλακών εδαφών χρησιμοποιούνται πέδιλα μαλακού εδάφους (Σχ.4.7). Τα ερπυστριοφόρα οχήματα δομικών έργων είτε δεν διαθέτουν καθόλου ανάρτηση είτε διαθέτουν «ημιάκαμπτη» ανάρτηση, που επιτρέπει την κατακόρυφη μετατόπιση μόνον του εμπρόσθιου μέρους κάθε ερπύστριας. Στη δεύτερη περίπτωση οι φορείς των δύο συστημάτων εδράζονται σταθερά στο 20

21 Σχ.4.6 Λιπαινόμενη άρθρωση πέδιλων ερπύστριας. Σχ.4.7 Ειδικά πέδιλα για προστασία των οδοστρωμάτων. οπίσθιο μέρος του σκάφους του οχήματος μέσω του άξονα των κινητήριων τροχών και στο εμπρόσθιο μέσω ενός κοινού ημιελλειπτικού ελατηρίου (Σχ.4.8). Σχ.4.8 «Ημιάκαμπτη» ανάρτηση ερπυστριοφόρου οχήματος χαμηλής ταχύτητας. 1: ημιελλειπτικό ελατήριο, 2: άξονας έδρασης του σκάφους του οχήματος επί του ελατηρίου, 3: φορέας, 4: κινητήριος τροχός, 5: άξονας κινητήριων τροχών. 21

22 Ένα τυπικό σύστημα ερπύστριας οχήματος δομικών έργων (ενός ελκυστήρα - φορτωτή) και ο τρόπος σύνδεσής του με το πλαίσιο του οχήματος απεικονίζεται στο Σχ.4.9. Σχ.4.9 Πλαίσιο και σύστημα ερπύστριας ερπυστριοφόρου φορτωτή. 22

23 4.3 Ολίσθηση και δύναμη πρόωσης Κατά την πρόωσή του, τόσο ένα τροχοφόρο, όσο και ένα ερπυστριοφόρο όχημα, παρουσιάζει πάντοτε ολίσθηση, δηλ. διανύει απόσταση μικρότερη από αυτήν που αντιστοιχεί στην ελεύθερη (χωρίς παραμόρφωση) κύλιση του μέσου κίνησής του (τροχών ή ερπυστριών) επί του εδάφους. Η ολίσθηση s ενός οχήματος ορίζεται: l 0 s (4.1) l 0 l 1 V V 0 όπου l : η απόσταση που πραγματικά διανύει το όχημα σε χρόνο t (l = Vt), l 0 : η απόσταση που θα διάνυε το όχημα σε χρόνο t σε ελεύθερη κύλιση (l o = V 0 t), V : η πραγματική ταχύτητα του οχήματος, V 0 : η ταχύτητα του οχήματος που αντιστοιχεί σε ελεύθερη κύλιση. Συχνά η ολίσθηση εκφράζεται και σαν ποσοστό %. Η ταχύτητα ελεύθερης κύλισης V 0 του οχήματος είναι V 0 r (4.2) όπου για ένα τροχοφόρο όχημα ω : η γωνιακή ταχύτητα των κινητήριων τροχών και r = r d : η δυναμική ακτίνα κύλισης των κινητήριων τροχών, ενώ για ένα ερπυστριοφόρο όχημα: ω : η γωνιακή ταχύτητα του κινητήριου τροχού της ερπύστριας και r = r k : η ακτίνα του κινητήριου τροχού της ερπύστριας. Σε ένα τροχοφόρο όχημα η ολίσθηση οφείλεται στην παράλληλα προς την επιφάνεια του εδάφους παραμόρφωση των ελαστικών τροχών του και του εδάφους, ενώ σε ένα ερπυστριοφόρο σχεδόν αποκλειστικά στην παράλληλα προς την επιφάνειά του παραμόρφωση του εδάφους, αφού η παραμόρφωση της ερπύστριας κατά την κύλισή της είναι αμελητέα. Επειδή οι παραμορφώσεις αυτές οφείλονται στις τάσεις που δημιουργούνται επί της επιφάνειας επαφής των τροχών ή της ερπύστριας με το έδαφος κατά την ανάπτυξη της δύναμης πρόωσης, υφίσταται άμεση συνάρτηση μεταξύ της ολίσθησης ενός οχήματος και της δύναμης πρόωσής του. Η συνάρτηση αυτή εξαρτάται κυρίως από το είδος του τροχού ή της ερπύστριας (υλικό, διαμόρφωση) και το είδος του εδάφους. Στο Σχ.4.10 παριστάνονται ενδεικτικά οι συναρτήσεις ολίσθησης δύναμης πρόωσης για ένα τροχοφόρο και για ένα ερπυστριοφόρο όχημα του ιδίου βάρους πάνω στο ίδιο έδαφος. 23

24 Ο συντελεστής πρόσφυσης μ κ ενός οχήματος ορίζεται ως: F, (4.3) G όπου F : η δύναμη πρόωσης και G : το βάρος του οχήματος. Σχ.4.10 Ενδεικτικές συναρτήσεις δύναμης πρόωσης ολίσθησης για ένα τροχοφόρο και για ένα ερπυστριοφόρο όχημα του ιδίου βάρους πάνω στο ίδιο έδαφος. Όπως φαίνεται στο Σχ.4.10, ένα τροχοφόρο όχημα παρουσιάζει (στα περισσότερα εδάφη) έναν μέγιστο συντελεστή πρόσφυσης για κάποια τιμή ολίσθησης, μετά την οποία ο συντελεστής πρόσφυσης μειώνεται. Αντίθετα, για ένα ερπυστριοφόρο όχημα ο συντελεστής πρόσφυσης παρουσιάζει διαρκή αύξηση με αυξανόμενη ολίσθηση (Σχ.4.10). Ωστόσο και για ένα ερπυστριοφόρο ορίζεται κατά προσέγγιση ένας μέγιστος συντελεστής πρόσφυσης, αυτός που αντιστοιχεί σε μία μέγιστη αποδεκτή τιμή της ολίσθησης, πέρα από την οποία η απώλεια ισχύος λόγω ολίσθησης είναι απαράδεκτη, ενώ η αύξηση του συντελεστή πρόσφυσης είναι πλέον ελάχιστη (στο Σχ.4.10 για ολίσθηση περίπου 0,25). Στον Πίν. 4.1 δίνονται μέσες τιμές του μέγιστου συντελεστή πρόσφυσης για τροχοφόρους και ερπυστριοφόρους ελκυστήρες σε διάφορα είδη εδάφους. Οι ερπυστριοφόροι ελκυστήρες πλεονεκτούν ως προς τη μικρότερη επιφανειακή πίεση (περίπου το 1/3 αυτής των τροχοφόρων), που τους επιτρέπει να εργάζονται σε μη συνεκτικά εδάφη (λάσπη, άμμος), όπου οι τροχοφόροι κινδυνεύουν να βυθιστούν, ως προς τον υψηλότερο συντελεστή πρόσφυσης, που καθιστά δυνατή την ανάπτυξη μεγαλύτερης ελκτικής δύναμης, τη μικρότερη ολίσθηση στα περισσότερα εδάφη, τον μικρότερο κίνδυνο ανατροπής και τη μικρότερη ακτίνα στροφής. 24