ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΩΝ ΝΕΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΙΣ ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΔΙΑΝΟΙΞΗΣ ΤΟΥ ΔΑΣΟΥΣ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΔΑΣΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΔΑΣΟΤΕΧΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΥΔΡΟΝΟΜΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΚΑΙ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑΣ Διευθυντής : Κοσμάς Αριστοτέλης Δούκας ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΩΝ ΝΕΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΙΣ ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΔΙΑΝΟΙΞΗΣ ΤΟΥ ΔΑΣΟΥΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΕΛΕΝΗ ΛΑΜΠΟΥ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΚΑΡΑΡΙΖΟΣ Β. ΠΛΟΥΤΑΡΧΟΣ ΕΠΙΚ. ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ, ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 2010

ΕΛΕΝΗΣ Ν. ΛΑΜΠΟΥ Δασολόγου-Περιβαλλοντολόγου ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΩΝ ΝΕΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΙΣ ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΔΙΑΝΟΙΞΗΣ ΤΟΥ ΔΑΣΟΥΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Υποβλήθηκε στη Σχολή Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος Τομέας Δασοτεχνικών και Υδρονομικών Έργων Εργαστήριο Μηχανικών Επιστημών και Τοπογραφίας Ημερομηνία προφορικής εξέτασης: Συμβουλευτική επιτροπή Π. Καραρίζος, Επ. Καθηγητής, Α.Π.Θ. Επιβλέπων Κ. Δούκας, Καθηγητής Α.Π.Θ. Ε. Καραγιάννης, Αν. Καθηγητής Α.Π.Θ. ii

Ελένη Ν. Λάμπου Α.Π.Θ. Δυνατότητες και προοπτικές εφαρμογής μηχανημάτων νέας τεχνολογίας στις εργασίες διάνοιξης του δάσους ISBN «Η έγκριση της παρούσης διδακτορικής διατριβής από τη Σχολή Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος του Αριστοτελείου Πανεπιστήμιου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωμών της συγγραφέως» (Ν. 5343/1932, άρθρο 202, παρ. 2) iii

Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή εκπονήθηκε με Υποτροφία του Ιδρύματος Κρατικών Υποτροφιών Ελλάδος Μεταπτυχιακές Υποτροφίες Εσωτερικού Σπουδές Μεταπτυχιακού Επιπέδου Β κύκλου (Διδακτορικό Δίπλωμα) State Scholarships Foundation granted this PhD thesis iv

ΠΡΟΛΟΓΟΣ & ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η παρούσα διδακτορική διατριβή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Μηχανικών Επιστημών και Τοπογραφίας της Σχολής Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης κατά τη χρονική περίοδο 2006-2010. Η περάτωση του κύκλου των διδακτορικών μου σπουδών έγινε δυνατή χάρη στην οικονομική υποστήριξη που μου παρείχε το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών, ως Υποτρόφου Εσωτερικού για σπουδές διδακτορικού επιπέδου κατά τη χρονική περίοδο 2006-2008. Στο Δ.Σ. και στο προσωπικό του Ιδρύματος εκφράζω την απεριόριστη ευγνωμοσύνη μου. Τις θερμότερες ευχαριστίες μου θα ήθελα να εκφράσω στους καθηγητές μου και μέλη της Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής, επίκουρο καθηγητή και επιβλέποντα της διατριβής μου κ. Πλούταρχο Καραρίζο, καθηγητή κ. Κοσμά Δούκα και αναπληρωτή καθηγητή κ. Ευάγγελο Καραγιάννη, για τη διαρκή καθοδήγηση και τις πολύτιμες υποδείξεις τους καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσας έρευνας. Η εμπιστοσύνη που μου έδειξαν με την ανάθεση ενός πολύ ενδιαφέροντος θέματος και οι συμβουλές τους, συνέβαλαν καθοριστικά σε αυτή μου την προσπάθεια. Ευχαριστώ επίσης θερμά τα υπόλοιπα μέλη της εξεταστικής επιτροπής για την κριτική ανάγνωση του κειμένου και τις εύστοχες παρατηρήσεις - υποδείξεις τους με σκοπό τη βελτίωση του. Στα μέλη του Εργαστηρίου θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες μου για τη βοήθειά τους σε όλα τα επίπεδα, τη συναδελφικότητα και τις εμπειρίες που μοιραστήκαμε. Ιδιαίτερα ευχαριστώ τους γονείς μου και τα αδέρφια μου για την ηθική υποστήριξή τους όλο αυτό το διάστημα. Τέλος θέλω να ευχαριστήσω μέσα από την καρδιά μου, τον αρραβωνιαστικό μου Χριστάκη, για τη βοήθειά του σε τεχνικά θέματα της διατριβής και για την πολύτιμη συμπαράσταση και αγάπη του όλο αυτό τον καιρό! v

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΘΕΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ...1 2. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ...4 2.1. Εξέλιξη των μηχανημάτων...4 2.2. Αποδοτικότητα των χωματουργικών μηχανημάτων...5 3. ΧΩΜΑΤΟΥΡΓΙΚΑ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΑ...9 3.1. Περιγραφή χωματουργικών μηχανημάτων...9 3.1.1. Προωθητές γαιών (μπουλντόζες)...9 3.1.2. Διαμορφωτές γαιών (Ισοπεδωτές, Grader)...15 3.1.3. Εκσκαφείς...17 3.1.4. Φορτωτές...21 3.2. Απόδοση χωματουργικών μηχανημάτων...24 3.2.1. Απόδοση προωθητή γαιών...24 3.2.2. Απόδοση διαμορφωτή γαιών...26 3.2.3. Απόδοση εκσκαφέα...26 3.2.4. Απόδοση φορτωτή...30 3.3. Εφαρμογές χωματουργικών μηχανημάτων...32 3.3.1. Εφαρμογές του προωθητή γαιών...32 3.3.2. Εφαρμογές του διαμορφωτή γαιών...35 3.3.3. Εφαρμογές του εκσκαφέα ανεστραμμένου πτύου...36 3.3.4. Εφαρμογές του φορτωτή...37 4. ΧΩΜΑΤΟΥΡΓΙΚΑ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΑ ΝΕΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ...40 4.1. Γενικά...40 4.2. Περιγραφή των αισθητήρων ελέγχου 3 διαστάσεων της θέσης της λεπίδας...43 4.2.1. Συστήματα GPS (Global Positioning System)...43 4.2.2. Συστήματα A.T.S. (Advanced Tracking Sensor)...47 4.3. Περιγραφή των αισθητήρων ελέγχου 2 διαστάσεων της θέσης της λεπίδας...48 4.3.1. Αισθητήρες δέσμης φωτός (Laser)...48 4.3.1.1. Laser τεχνολογία σε προωθητές γαιών (Μπουλντόζες)...52 4.3.1.2. Laser τεχνολογία σε ισοπεδωτές (Grader)...54 4.3.1.3. Laser τεχνολογία σε εκσκαφείς-φορτωτές...56 4.3.2. Ηχητικοί αισθητήρες...58 5. ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΧΩΜΑΤΟΥΡΓΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΩΝ...60 6. ΔΙΑΝΟΙΞΗ ΤΟΥ ΔΑΣΟΥΣ...64 6.1. Γενικά...64 6.2. Γενικός σχεδιασμός της διάνοιξης...65 6.3. Παράγοντες που επηρεάζουν το σχεδιασμό της διάνοιξης...66 6.4. Είδη διάνοιξης...66 6.5. Μέσα διάνοιξης...67 6.6. Δασικοί δρόμοι...68 6.6.1. Ορισμός οδικού δικτύου...68 6.6.2. Ταξινόμηση των δασικών δρόμων...70 vi

6.6.3. Οδική πυκνότητα...71 6.6.4. Άριστη οδική πυκνότητα...72 7. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΣ...74 7.1. Υλικά...74 7.2. Μέθοδος εργασίας...74 8. ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΕΡΕΥΝΑΣ...76 8.1. ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΟ ΔΑΣΟΣ ΤΑΞΙΑΡΧΗ ΧΑΛΚΙΔΙΚΗΣ...86 8.1.1. Γενικά...86 8.1.2. Όρια και έκταση του δάσους...86 8.1.2.1. Γεωγραφική θέση...86 8.1.2.2. Πολιτική θέση...86 8.1.2.3. Όρια του δάσους...87 8.1.2.4. Έκταση του δάσους...87 8.1.2.5. Γεωλογικές, πετρογραφικές και εδαφικές συνθήκες...89 8.1.2.6. Κλιματικές συνθήκες...89 8.1.2.7. Συνθήκες δασοπονικής εκμετάλλευσης...91 8.1.2.8. Διαίρεση του δάσους σε δασικά τμήματα - Δομή των δασικών τμημάτων...92 8.1.2.9. Υπολογισμός οδικής πυκνότητας...93 8.1.3. Χρονικές σπουδές...94 8.2. ΔΗΜΟΣΙΟ ΔΑΣΙΚΟ ΣΥΜΠΛΕΓΜΑ ΑΡΑΚΥΝΘΟΥ...96 8.2.1. Γενικά...96 8.2.2. Όρια και έκταση του δάσους...96 8.2.2.1. Γεωγραφική θέση...96 8.2.2.2. Πολιτική θέση...97 8.2.2.3. Όρια του δάσους...97 8.2.2.4. Έκταση του δάσους...99 8.2.2.5. Γεωλογικές, πετρογραφικές και εδαφικές συνθήκες...101 8.2.2.6. Κλιματικές συνθήκες...102 8.2.2.7. Συνθήκες δασοπονικής εκμετάλλευσης...104 8.2.2.8. Διαίρεση του δάσους σε δασικά τμήματα-δομή των δασικών τμημάτων...105 8.2.2.9. Υπολογισμός οδικής πυκνότητας...106 8.2.3. Χρονικές σπουδές...106 8.3. ΠΕΡΙΑΣΤΙΚΟ ΔΑΣΟΣ-ΠΑΡΚΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ "ΣΕΙΧ-ΣΟΥ"..108 8.3.1. Γενικά...108 8.3.2. Όρια και έκταση του δάσους...108 8.3.2.1. Γεωγραφική θέση...108 8.3.2.2. Πολιτική θέση...108 8.3.2.3. Όρια του δάσους...109 8.3.2.4. Έκταση του δάσους...111 8.3.2.5. Γεωλογικές, πετρογραφικές και εδαφικές συνθήκες...111 8.3.2.6. Κλιματικές συνθήκες...112 8.3.2.7. Συνθήκες δασοπονικής εκμετάλλευσης...114 8.3.2.8. Διαίρεση του δάσους σε δασικά τμήματα-δομή των δασικών τμημάτων...115 vii

8.3.2.9. Υπολογισμός οδικής πυκνότητας...115 8.3.3. Χρονικές σπουδές...116 8.4. ΧΩΜΑΤΟΥΡΓΙΚΑ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΑ ΜΕ LASER...120 8.4.1. Γενικά...120 9. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ...121 9.1. Πανεπιστημιακό δάσος Ταξιάρχη...121 9.1.1. Πείραμα με φορτωτή σε τμήματα του δασικού δρόμου...121 9.1.2. Πείραμα με εκσκαφέα σε τμήματα του δασικού δρόμου...128 9.1.2.1. Πείραμα με εκσκαφέα σε τμήματα του δασικού δρόμου με κλίση μικρότερη του 20%...128 9.1.2.2. Πείραμα με εκσκαφέα σε τμήματα του δασικού δρόμου με κλίση μεγαλύτερη του 20%...134 9.1.3. Πείραμα με ισοπεδωτή σε τμήματα του δασικού δρόμου...137 9.2. Δημόσιο Σύμπλεγμα Αρακύνθου...143 9.2.1. Πείραμα με ισοπεδωτή σε τμήματα του δασικού δρόμου...143 9.3. Περιαστικό δάσος Σέιχ Σου...146 9.3.1. Πείραμα με προωθητή γαιών σε τμήματα δασικού δρόμου...146 9.3.1.1. Πείραμα σε περιοχή με κλίση μικρότερη από 20%...147 9.3.1.2. Πείραμα σε περιοχή με κλίση μεγαλύτερη από 20%...151 9.3.2. Πείραμα με εκσκαφέα σε τμήματα του δασικού δρόμου...154 9.3.3. Πείραμα με ισοπεδωτή σε τμήματα του δασικού δρόμου...159 9.4. Λεπτοκαριά...163 9.4.1. Πείραμα ισοπεδωτή με laser...163 9.5. Αποτελέσματα για τον ισοπεδωτή...169 9.6. Αποτελέσματα για τον εκσκαφέα...175 9.7. Αποτελέσματα για τον προωθητή γαιών...179 9.8. Αποτελέσματα για το φορτωτή...182 9.9. Δασικοί δρόμοι...184 10. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ...188 11. ΠΕΡΙΛΗΨΗ...194 12. ABSTRACT...195 13. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΩΝ...196 14. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...199 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 2.1-1 Πρώτος ατμοκίνητος μηχανικός εκσκαφέας...4 Εικόνα 3.1.1.-1 Προωθητής γαιών με λεπίδα...10 Εικόνα 3.1.1-2 Λεπίδες τύπου S, U και SU...11 Εικόνα 3.1.1-3 Σύστημα ανάρτησης προωθητών γαιών...12 Εικόνα 3.1.2-1 Κατανομή βάρους σε τριαξονικό διαμορφωτή...15 Εικόνα 3.1.2-2 Θέση λεπίδας διαμορφωτή ως προς το έδαφος...17 Εικόνα 3.1.3-1 Μέθοδος εκσκαφής με εκσκαφέα...20 Εικόνα 3.1.4-1 Κάδοι φορτωτών με σιαγόνες...23 Εικόνα 3.2.4-1 Χωρητικότητα κάδου φορτωτή...31 viii

Εικόνα 3.3.1-1 Εκρίζωση δέντρου από προωθητή γαιών...33 Εικόνα 3.3.1-2 Κατασκευή τεχνικών έργων με προωθητή γαιών...34 Εικόνα 3.3.1-3 Μορφές αναμοχλευτών...34 Εικόνα 3.3.3-1 Χαρακτηριστικές εφαρμογές του εκσκαφέα...37 Εικόνα 3.3.4-1 Διάταξη τύπου V...38 Εικόνα 3.3.4-2 Διάταξη τύπου Χ...38 Εικόνα 3.3.4-3 Συνδυασμένη κίνηση φορτωτή και φορτηγού...39 Εικόνα 4.1-1 Διάφοροι τύποι αισθητήρων...42 Εικόνα 4.2.1-1 Χρησιμοποίηση δορυφόρων στις χωματουργικές εργασίες...46 Εικόνα 4.2.2-1 Χρήση συστημάτων ATS σε χωματουργικές εργασίες...48 Εικόνα 4.3.1-1 Περιστρεφόμενος πομπός laser πάνω σε τρίποδα...49 Εικόνα 4.3.1-2 Δέκτες laser πάνω σε χωματουργικά μηχανήματα...49 Εικόνα 4.3.1-3 Καμπίνα-Οθόνη ενδείξεων σε χωματουργικό μηχάνημα...49 Εικόνα 4.3.1-4 Επίπεδα εκπομπής φωτός laser...50 Εικόνα 4.3.1-5 Οθόνη ενδείξεων χωματουργικού μηχανήματος...50 Εικόνα 4.3.1-6Λειτουργία του εκσκαφέα με τη χρήση συστημάτων laser...51 Εικόνα 4.3.1.1-1 Εκπομπή ακτίνας laser κατά 360 ο...52 Εικόνα 4.3.1.1-2 Πιθανές θέσεις τηλεσκοπικού ιστού πάνω στη λεπίδα του χωματουργικού μηχανήματος...52 Εικόνα 4.3.1.1-3 Συστήματα ελέγχου laser...53 Εικόνα 4.3.1.1-4 Παραδοσιακή ισοπέδωση με πασσάλους και σύγχρονη μέθοδος ισοπέδωσης με laser σε προωθητή γαιών...54 Εικόνα 4.3.1.2-1 Παραδοσιακή ισοπέδωση με πασσάλους και σύγχρονη μέθοδος ισοπέδωσης με laser σε ισοπεδωτή...55 Εικόνα 4.3.1.3-1 Πιθανές θέσεις τηλεσκοπικού ιστού πάνω σε εσκαφέα...56 Εικόνα 4.3.1.3-2 Οθόνη ενδείξεων εκτέλεσης της εργασίας σε εκσκαφέα...57 Εικόνα 4.3.1.3-4 Παραδοσιακή και σύγχρονη μέθοδος εκσκαφής...57 Εικόνα 8.1.2.9-1 Υπολογισμός μήκους δασικών δρόμων...93 Εικόνα 8.1.2.9-2 Υπολογισμός εμβαδού δασικής περιοχής...93 Εικόνα 8.1.3-2 Δελτίο καταγραφής εργασιών στο πεδίο...95 Εικόνα 8.2.2.9-1 Υπολογισμός μήκους δασικών δρόμων...106 Εικόνα 8.2.2.9-2 Υπολογισμός εμβαδού δασικού Συμπλέγματος...106 Εικόνα 8.2.3-1 Δελτίο καταγραφής εργασιών στο πεδίο...107 Εικόνα 8.4.4-1 Πειραματική θέση στην περιοχή Λεπτοκαρυάς...120 Εικόνα 9.1.3-1 Διαμορφωτής γαιών στο δάσος Ταξιάρχη...138 Εικόνα 9.1.3-2 Γωνία λεπίδας κατά τη λειτουργία...142 Εικόνα 9.3.1-1 Προωθητής γαιών σε εργασίες στο δασικό δρόμο Σέιχ Σου..147 Εικόνα 9.3.2-1 Εκσκαφέας σε δασικές εργασίες στο Σέιχ Σου...155 Εικόνα 9.3.3-1 Ισοπεδωτής σε εργασίες στο δασικό δρόμο του Σέιχ Σου...159 Εικόνα 9.4.1-1 Grader στην περιοχή μελέτης στη Λεπτοκαρυά...163 Εικόνα 9.4.1-2 Περιστροφικό laser πάνω σε τρίποδα...164 Εικόνα 9.4.1-3 Δέκτης ακτίνας laser πάνω σε ηλεκτρικό ιστό...165 Εικόνα 9.4.1-4 Κοντρόλ εντός της καμπίνας του μηχανήματος...166 Εικόνα 11-1 Λειτουργία grader με laser στη Λεπτοκαρυά...196 Εικόνα 11-2 Λειτουργία ελκυστήρα με laser στις Σέρρες...197 Εικόνα 11-3 Συνεργασία μηχανημάτων στο περιαστικό δάσος Σέιχ Σου...197 ix

Εικόνα 11-4 Χωματουργικές εργασίες στο περιαστικό δάσος Σέιχ Σου...198 Εικόνα 11-5 Χωματουργικές εργασίες στο πανεπιστημιακό δάσος Ταξιάρχη...198 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 3.2.1-1 Διάγραμμα τιμών χωρητικότητας κοπτήρα...24 Σχήμα 4.1-1 Γραφική απεικόνιση τομής εδάφους...41 Σχήμα 8.1.2.6-1 Ομβροθερμικό διάγραμμα Πανεπιστημιακού δάσους Ταξιάρχη περιόδου 1974-2006...91 Σχήμα 8.1.3-1 Κύκλος εργασίας χωματουργικών μηχανημάτων...94 Σχήμα 8.2.2.6-1 Ομβροθερμικό διάγραμμα Δημόσιου Δάσους Αρακύνθου..103 Σχήμα 8.3.2.6-1 Ομβροθερμικό διάγραμμα δάσους Θεσσαλονίκης...114 Σχήμα 8.3.3-1 Κλίσεις δασικού εδάφους περιαστικού δάσους Σέιχ Σου...119 Σχήμα 9.1.2.1-1 Κλίσεις δασικού εδάφους στον Ταξιάρχη...130 Σχήμα 9.5-1 Διάγραμμα τιμών απόδοσης ισοπεδωτή...170 Σχήμα 9.5-2 Φάσεις εργασίας ισοπεδωτή στον Ταξιάρχη...174 Σχήμα 9.51-3 Φάσεις εργασίας ισοπεδωτή στον Αράκυνθο...174 Σχήμα 9.51-4 Φάσεις εργασίας ισοπεδωτή στο Σέιχ Σου...174 Σχήμα 9.5-5 Φάσεις εργασίας ισοπεδωτή στη Λεπτοκαρυά...175 Σχήμα 9.6-1 Διάγραμμα τιμών απόδοσης εκσκαφέα...175 Σχήμα 9.6-2 Φάσεις εργασίας εκσκαφέα στον Ταξιάρχη (κλίση <20%)...178 Σχήμα 9.6-3 Φάσεις εργασίας εκσκαφέα στον Ταξιάρχη (κλίση>20%)...178 Σχήμα 9.6-4 Φάσεις εργασίας εκσκαφέα στο Σέιχ Σου...179 Σχήμα 9.7-1 Διάγραμμα τιμών απόδοσης προωθητή γαιών...179 Σχήμα 9.7-2 Φάσεις εργασίας προωθητή γαιών στο Σέιχ Σου (κλίση <20%).181 Σχήμα 9.7-3 Φάσεις εργασίας προωθητή γαιών στο Σέιχ Σου (κλίση >20%).181 Σχήμα 9.8-1 Διάγραμμα τιμών απόδοσης φορτωτή...182 Σχήμα 9.8-2 Φάσεις εργασίας φορτωτή στον Ταξιάρχη...183 Σχήμα 9.9-1 Διάνοιξη δρόμων την περίοδο 2000-2007...184 Σχήμα 9.9-2 Ποσοστό διάνοιξης δρόμων την περίοδο 2000-2007...184 Σχήμα 9.9-3 Συντήρηση, βελτίωση, οδοστρωσία και ασφαλτόστρωση δρόμων την περίοδο 2000-2007...185 Σχήμα 9.9-4 Ποσοστό κατανομής εργασιών στους δασικούς δρόμους την περίοδο 2000-2007...185 Σχήμα 9.9-5 Τεχνικά έργα την περίοδο 2000-2007...185 Σχήμα 9.9-6 Ποσοστό κατανομής τεχνικών έργων την περίοδο 2000-2007...186 Σχήμα 9.9-7 Κόστος Δασοπονίας την περίοδο 2000-2007...186 x

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 3.1.3-1 Τιμές συντελεστή επιπλήσματος διαφόρων υλικών...20 Πίνακας 3.2.1-1 Τιμές συντελεστού n 2 l...25 Πίνακας 3.2.4-1 Χρόνοι διαφορετικών φάσεων κίνησης του φορτωτή...31 Πίνακας 3.2.4-2 Τιμές γωνίας ανάπαυσης...31 Πίνακας 5-1 Τιμές συντελεστών h 1 και h 2...60 Πίνακας 5-2 Τιμές συντελεστή h a...61 Πίνακας 6.6.1-1 Δασικοί δρόμοι στην Ελλάδα κατά την περίοδο 1997-2006..70 Πίνακας 6.6.4-1 Άριστη οδική πυκνότητα κατά τους ερευνητές διαφόρων χωρών...72 Πίνακας 8-1 Έργα και εργασίες δασικής οδοποιίας που πραγματοποιήθηκαν το έτος 2000...78 Πίνακας 8-2 Έργα και εργασίες δασικής οδοποιίας που πραγματοποιήθηκαν το έτος 2001...79 Πίνακας 8-3 Έργα και εργασίες δασικής οδοποιίας που πραγματοποιήθηκαν το έτος 2002...80 Πίνακας 8-4 Έργα και εργασίες δασικής οδοποιίας που πραγματοποιήθηκαν το έτος 2003...81 Πίνακας 8-5 Έργα και εργασίες δασικής οδοποιίας που πραγματοποιήθηκαν το έτος 2004...82 Πίνακας 8-6 Έργα και εργασίες δασικής οδοποιίας που πραγματοποιήθηκαν το έτος 2005...83 Πίνακας 8-7 Έργα και εργασίες δασικής οδοποιίας που πραγματοποιήθηκαν το έτος 2006...84 Πίνακας 8-8 Έργα και εργασίες δασικής οδοποιίας που πραγματοποιήθηκαν το έτος 2007...85 Πίνακας 8.1.2.4-1 Έκταση Πανεπιστημιακού Δάσους Ταξιάρχη...87 Πίνακας 8.1.2.6-1 Συνθήκες θερμοκρασίας & βροχής στο δάσος Ταξιάρχη...90 Πίνακας 8.2.2.3-1 Όρια δασικού Συμπλέγματος Αρακύνθου...98 Πίνακας 8.2.2.4-1 Έκταση Δασικού Συμπλέγματος Αρακύνθου...99 Πίνακας 8.2.2.6-1 Συνθήκες θερμοκρασίας και βροχής στο Δημόσιο δάσος Αρακύνθου...103 Πίνακας 8.3.2.3-1 Κατανομή εκτάσεων του περιαστικού δάσους Θεσ/κης...109 Πίνακας 8.3.2.4-1: Έκταση δασοπονικής εκμετάλλευσης περιαστικού δάσους...111 Πίνακας 9.1.1.-1 Τεχνικά χαρακτηριστικά φορτωτή...121 Πίνακας 9.1.1-2 Καταγραφή και αξιοποίηση χρονικών μετρήσεων φορτωτή...122 Πίνακας 9.1.1-3 Μέσοι χρόνοι εργασίας του φορτωτή...124 Πίνακας 9.1.1-4 Τιμές συντελεστή φόρτωσης για διάφορα υλικά...125 Πίνακας 9.1.1-5 Σταθεροί χρόνοι φόρτωσης του φορτωτή από την Caterpillar...126 Πίνακας 9.1.2.1-1 Τεχνικά χαρακτηριστικά εκσκαφέα...128 Πίνακας 9.1.2.1-2 Καταγραφή και αξιοποίηση χρονικών μετρήσεων εκσκαφέα (κλίση <20%)...131 xi

Πίνακας 9.1.2.1-3 Μέσοι χρόνοι εργασίας του εκσκαφέα (κλίση<20%)...133 Πίνακας 9.1.2.2-1 Καταγραφή και αξιοποίηση χρονικών μετρήσεων εκσκαφέα (κλίση >20%)...135 Πίνακας 9.1.2.2-2 Μέσοι χρόνοι εργασίας του εκσκαφέα (κλίση>20%)...137 Πίνακας 9.1.3-1 Τεχνικά χαρακτηριστικά ισοπεδωτή...138 Πίνακας 9.1.3-2 Καταγραφή και αξιοποίηση χρονικών μετρήσεων ισοπεδωτή...139 Πίνακας 9.1.3-3 Μέσοι χρόνοι εργασίας του ισοπεδωτή...141 Πίνακας 9.1.3-4 Ταχύτητες κίνησης ισοπεδωτή...141 Πίνακας 9.1.3-5 Πραγματικό μήκος εργασίας λεπίδας...142 Πίνακας 9.2.1-1 Τεχνικά χαρακτηριστικά ισοπεδωτή...143 Πίνακας 9.2.1-2 Καταγραφή και αξιοποίηση χρονικών μετρήσεων ισοπεδωτή...145 Πίνακας 9.2.1-3 Μέσοι χρόνοι εργασίας του ισοπεδωτή...146 Πίνακας 9.3.1-1 Τεχνικά χαρακτηριστικά προωθητή γαιών...147 Πίνακας 9.3.1.1-1 Καταγραφή και αξιοποίηση χρονικών μετρήσεων προωθητή γαιών (κλίση <20%)...148 Πίνακας 9.3.1.1-2 Μέσοι χρόνοι εργασίας του προωθητή γαιών (κλίση <20%)...150 Πίνακας 9.3.1.1-3 Διορθωτικοί συντελεστές συνθηκών εργασίας...150 Πίνακας 9.3.1.2-1 Καταγραφή και αξιοποίηση χρονικών μετρήσεων προωθητή γαιών (κλίση >20%)...152 Πίνακας 9.3.1.2-2 Μέσοι χρόνοι εργασίας του προωθητή γαιών (κλίση >20%)...154 Πίνακας 9.3.2-1 Τεχνικά χαρακτηριστικά εκσκαφέα...154 Πίνακας 9.3.2-2 Καταγραφή και αξιοποίηση χρονικών μετρήσεων εκσκαφέα...156 Πίνακας 9.3.2-3 Μέσοι χρόνοι εργασίας του εκσκαφέα...158 Πίνακας 9.3.3-1 Τεχνικά χαρακτηριστικά ισοπεδωτή...159 Πίνακας 9.3.3-2 Καταγραφή και αξιοποίηση χρονικών μετρήσεων ισοπεδωτή...161 Πίνακας 9.3.3-3 Μέσοι χρόνοι εργασίας του ισοπεδωτή...162 Πίνακας 9.4.1-1 Τεχνικά χαρακτηριστικά ισοπεδωτή...163 Πίνακας 9.4.1-2 Τεχνικά χαρακτηριστικά περιστροφικού Laser...164 Πίνακας 9.4.1-3 Τεχνικά χαρακτηριστικά δέκτη ακτίνας Laser...165 Πίνακας 9.4.1-4 Τεχνικά χαρακτηριστικά κοντρόλ Laser...166 Πίνακας 9.4.1-5 Καταγραφή και αξιοποίηση χρονικών μετρήσεων ισοπεδωτή...167 Πίνακας 9.4.1-6 Μέσοι χρόνοι εργασίας του ισοπεδωτή...168 Πίνακας 9.5-1 Στοιχεία χρονικών μετρήσεων ισοπεδωτών...169 Πίνακας 9.6-1 Στοιχεία χρονικών μετρήσεων εκσκαφέων...175 Πίνακας 9.7-1 Στοιχεία χρονικών μετρήσεων προωθητή γαιών...179 Πίνακας 9.8-1 Στοιχεία χρονικών μετρήσεων φορτωτών...182 xii

1991). Για τη διάνοιξη του δάσους δεν διατίθεται ειδικά μηχανήματα, παρά μόνο 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΘΕΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ Η εφαρμογή των μηχανημάτων για την εκτέλεση των εργασιών διάνοιξης των δασών, αποτελεί ένα δύσκολο και πολύπλοκο πρόβλημα, για τη χώρα μας. Αυτό συμβαίνει γιατί τα παραγωγικά δάση της Ελλάδας βρίσκονται κυρίως σε ορεινές και δύσβατες περιοχές με έντονο τοπογραφικό ανάγλυφο, δυσμενείς εδαφοκλιματικές συνθήκες και με ανομοιόμορφη κατανομή της δασικής βλάστησης (Καραγιάννης αυτά που χρησιμοποιούνται στα χωματουργικά έργα της εθνικής οδοποιίας. Γενικά μηχανήματα είναι τα μέσα εκείνα που βοηθούν ή υποκαθιστούν τη μυϊκή δύναμη του ανθρώπου στην εκτέλεση ενός έργου. Η υποκατάσταση της ανθρώπινης εργασίας κρίθηκε απαραίτητη με σκοπό την εξοικονόμηση εργατικών χεριών και κυρίως την αύξηση της απόδοσης, τη μείωση του κόστους και της ταχύτητας εκτελέσεως. Μετά το Β Παγκόσμιο πόλεμο άρχισε στις Η.Π.Α. μία αλματώδης εξέλιξη στην κατασκευή και εφαρμογή κυρίως δομικών μηχανημάτων, η οποία στη συνέχεια επεκτάθηκε και στις άλλες χώρες της Ευρώπης. Η εξέλιξη αυτή, η οποία συνεχίζεται μέχρι σήμερα, είχε σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία μεγάλου πλήθους ειδών και τύπων μηχανημάτων, τα οποία είναι στη διάθεση του κατασκευαστή. Από την εκτεταμένη χρησιμοποίηση και εφαρμογή των μηχανημάτων προέκυψαν απαιτήσεις και προβλήματα, η ορθολογική αντιμετώπιση των οποίων είναι απαραίτητη για την εκμετάλλευση των πλεονεκτημάτων, τα οποία παρέχονται από τις μηχανοποιημένες μεθόδους κατασκευής. Το υψηλό κόστος των μηχανημάτων επιβάλλει την προσεκτική εκλογή τους, την ακριβή τήρηση στοιχείων για την εργασία και την απόδοσή τους, κυρίως όμως για την κατά το δυνατό άριστη εφαρμογή τους στην πράξη (Καραρίζος 1996, Εφραιμίδης 1998, Λάμπου 2005). Η αντικατάσταση του ανθρώπινου δυναμικού από τα μηχανήματα προκάλεσε μεγάλη ποσοτική μείωση των απαιτήσεων σε προσωπικό, δημιούργησε όμως μεγάλες απαιτήσεις σε προσωπικό ποιότητας. Ενώ δηλαδή παλαιότερα ήταν απαραίτητη η διάθεση μεγάλου αριθμού ανειδίκευτων εργατών για την κατασκευή και συντήρηση των δασικών δρόμων, σήμερα απαιτείται μικρότερος αριθμός εργατών κυρίως για τη χρήση και καθοδήγηση των μηχανημάτων και για τις 1

συμπληρωματικές εργασίες, ένα μεγάλο ποσοστό από τους οποίους θα πρέπει να είναι ειδικευμένοι (χειριστές μηχανημάτων, τεχνίτες κλπ). Η ποιότητα του ειδικευμένου προσωπικού επιδρά άμεσα και σε μεγάλο βαθμό στην οικονομία των έργων (Καραρίζος 1992). Ένα μέρος από τη μεγάλη ποικιλία των δομικών μηχανημάτων άρχισε να εφαρμόζεται στη δασοπονία (άμεσα ή έμμεσα) από το 1930. Η διάδοση ορισμένων δομικών μηχανημάτων στη δασοπονία ήταν μεγάλη ειδικά τα τελευταία χρόνια. Τα μηχανήματα αυτά είναι αυτοτελή αυτοκινούμενα οχήματα ή αποτελούν πρόσθετα εξαρτήματα στους ελκυστήρες (τροχοφόρους ή ερπυστριοφόρους). Η εφαρμογή των μηχανημάτων στα δασοτεχνικά και υδρονομικά έργα επέβαλλε και την κατάταξή τους χωρίς ο κατάλογος να είναι ακριβής και με σαφείς διαχωρισμούς μεταξύ των διαφόρων κατηγοριών. Ο λόγος που δεν γίνεται απόλυτος διαχωρισμός είναι το γεγονός, ότι ως χωματουργικό μηχάνημα, για παράδειγμα μπορεί να θεωρηθεί κα ένα μηχάνημα μεταφοράς και φόρτωσης εδάφους και άλλων υλικών. Επίσης μηχανήματα μιας συγκεκριμένης κατηγορίας είναι πολύ χρήσιμα σε ένα ή περισσότερα είδη διαφορετικών εργασιών. Το κριτήριο επομένως με το οποίο καθορίστηκε το είδος των μηχανημάτων είναι η σπουδαιότητα που παρουσιάζουν για τους δασολόγους στους διάφορους τομείς των τεχνικών εφαρμογών στα πλαίσια της απασχόλησής τους (Καραρίζος 1996). Σημαντικό επίσης κριτήριο για την επιλογή των κατάλληλων μηχανημάτων είναι η νέα τεχνολογία που με τη χρήση ηλεκτρονικού εξοπλισμού αυξάνεται η αποδοτικότητα και η ταχύτητα, βελτιώνεται η ποιότητα εργασίας και παράλληλα μειώνεται το κόστος. Ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός μπορεί να περιλαμβάνει μόνο όργανα ενδείξεων των λειτουργιών. Σε πιο προχωρημένες διατάξεις και κυρίως στα πιο ακριβά μοντέλα περιλαμβάνει και αυτοματισμούς, για αυτόματη ρύθμιση διαφόρων λειτουργιών, μέσα σε προκαθορισμένα εκ των προτέρων όρια. Η επιτακτική ανάγκη της χρησιμοποίησης των μηχανικών μέσων στη διάνοιξη δάσους δημιούργησε και το ερέθισμα μελέτης και επιστημονικής έρευνας με κύριους άξονες τις δυνατότητες και προοπτικές εφαρμογής των μηχανημάτων νέας τεχνολογίας. Στην εργασία αυτή θα μελετηθούν τα στοιχεία: Α. Περιγραφή των μηχανικών μέσων που χρησιμοποιούνται στις εργασίες διάνοιξης του δάσους (τύπος μηχανήματος, ιπποδύναμη, δυνατότητες). 2

Β. Περιγραφή των μηχανημάτων νέας τεχνολογίας (ηλεκτρονικός εξοπλισμός). Γ. Θεωρητική ανάλυση της απόδοσης των μηχανημάτων. Δ. Ανάλυση των βασικών παραγόντων που επηρεάζουν γενικά την αποδοτικότητα στις εφαρμογές των μηχανημάτων. Ε. Σύγκριση της αποδοτικότητας σε σχέση με τη μέθοδο εφαρμογής εξοπλισμένων και μη μηχανημάτων. Με βάση τα στοιχεία αυτά έγινε έρευνα σε (4) διαφορετικές περιοχές της χώρας μας, για την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την απόδοση των μηχανημάτων και τις δυνατότητες και προοπτικές εφαρμογής των μηχανημάτων νέας τεχνολογίας. Η έρευνα που γίνεται με την εργασία αυτή έχει σκοπό να συμβάλλει στην αντιμετώπιση προβλημάτων που ανακύπτουν κατά την επιλογή των κατάλληλων μηχανημάτων και μεθόδων, στις εφαρμογές των μηχανημάτων σε εργασίες διάνοιξης του δάσους. 3

2. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 2.1. Εξέλιξη των μηχανημάτων Η εξέλιξη των μηχανημάτων πέρασε από πολλές φάσεις. Η ιστορική ανασκόπηση της χρησιμοποιήσεως μηχανών στα χωματουργικά έργα αρχίζει από την εποχή της κατασκευής των μνημειακών κτιρίων κατά την αρχαιότητα. Είναι γνωστό, ότι οι αρχαίοι δεν χρησιμοποιούσαν μόνο στρατούς σκλάβων για τα έργα τους, αλλά υποστήριζαν την ανθρώπινη εργασία με πρωτόγονες μηχανές, ανάλογα με τις τεχνολογικές δυνατότητες της εποχής, όπως π.χ. τροχήλατα οχήματα για βαριές μεταφορές, πολύσπαστα για την ανύψωση φορτίων, κεκλιμένα επίπεδα και άλλα βοηθητικά μέσα, τα οποία κινούνταν από ανθρώπους ή ζώα. Κατά το μεσαίωνα η ανάγκη κατασκευής αρδευτικών και συγκοινωνιακών έργων και η πολεμική τέχνη της εποχής συνέβαλαν στην επινόηση και εξέλιξη βασικών μορφών χωματουργικών μηχανών, όπως ήταν ο εκσκαφέας με κάδο, ο στατικός συμπυκνωτής με κυλίνδρους, ο ατέρμων κοχλίας για την ανύψωση νερού και διάφορες ανυψωτικές μηχανές. Στην εξέλιξη των πρώτων αυτών χωματουργικών μηχανών σημαντική ήταν η συμβολή του καλλιτέχνη και μηχανικού Leonardo da Vinci (1472). Μετά την εισαγωγή του ατμού στην τεχνική αρχίζει η ουσιαστική εξέλιξη των δομικών μηχανών, η οποία συνεχίζεται με αυξανόμενο ρυθμό μέχρι σήμερα. Έτσι το 1840 εμφανίζεται στην Αμερική ο πρώτος ατμοκίνητος μηχανικός εκσκαφέας με κάδο εργοστασίων Ottis, (Εικόνα 2.1-1) ο οποίος χρησιμοποιήθηκε στα έργα κατασκευής των διηπειρωτικών σιδηροδρόμων. Εικόνα 2.1-1 Πρώτος ατμοκίνητος μηχανικός εκσκαφέας Δεκαπέντε χρόνια αργότερα εμφανίζονται οι ατμομηχανές έλξεως των σιδηροδρομικών συρμών με ανατρεπόμενα βαγόνια και στη συνέχεια οι εκσκαφείς 4

με καδοφόρο αλυσίδα για την κατασκευή μεγάλων διωρύγων, οι ατμοκίνητοι πασσαλοεμπήκτες και οι πλωτοί εκσκαφείς (Εφραιμίδης 1998). Η μεγάλη εφαρμογή του ηλεκτρισμού διευκόλυνε πάρα πολύ την κατασκευή δομικών μηχανών, καθώς και η μαζική ισχύς ήταν κατά πολύ μεγαλύτερη, αντίθετα προς την ασύγκριτα μικρότερη μαζική ισχύ των χρησιμοποιούμενων σε ορισμένους τύπους δομικών μηχανών ατμομηχανών, όπως π.χ. φορτωτές. Κατά τη δεκαετία 1920-1930 παρατηρήθηκε μια σημαντικότατη πρόοδος στην κατασκευή χωματουργικών μηχανών, η οποία διευκολύνθηκε και από τη σημειωθείσα τεχνολογική εξέλιξη κατά τη διάρκεια του πολέμου και από την ανάγκη ανοικοδόμησης από τα καταστρεπτικά του αποτελέσματα. Η προσπάθεια των βιομηχανιών κατά τη χρονική αυτή περίοδο επεκτείνεται στην κατασκευή αυτοκινούμενων εκσκαφέων επί ερπυστριών, οι οποίοι είχαν τα γενικά χαρακτηριστικά των σημερινών εκσκαφέων γενικής χρήσης και στην αντικατάσταση με μηχανές Diesel (Η.Π.Α.). Την ίδια εποχή η Caterpillar κατασκεύασε τους πρώτους προωθητές γαιών, οι οποίοι όμως παρά το γεγονός ότι άρχισαν να χρησιμοποιούνται από το 1930, δεν σημείωσαν σημαντική εξέλιξη μέχρι το Β Παγκόσμιο πόλεμο (Παναγιωτόπουλος 1997). Μετά το Β Παγκόσμιο πόλεμο στις Η.Π.Α. και αργότερα σε ολόκληρο τον κόσμο άρχισε μια πρωτοφανής εξέλιξη στην κατασκευή και χρησιμοποίηση των δομικών μηχανών ώστε το έτος 1950 να αντιστοιχεί ισχύς μηχανών 1,9 Ps ανά εργαζόμενο. Ο δείκτης αυτός αυξήθηκε σε 4,6 Ps το 1956. Λόγω της μεγάλης εξέλιξης των δομικών μηχανών τόσο από την άποψη της κατασκευής διαφόρων τύπων όσο και βελτίωση αυτών, επιβάλλεται στις δομικές εταιρείες η παρακολούθηση της εξέλιξης αυτής κατά τρόπο ώστε να εκμεταλλεύονται πλεονεκτήματα τους για τη βελτιστοποίηση του κόστους παραγωγής των διαφόρων εργασιών. Τα τελευταία χρόνια έχει σημειωθεί σημαντική εξέλιξη των μηχανημάτων, τα οποία έχουν εξοπλιστεί με σύγχρονα εξαρτήματα λέιζερ και GPS, προκειμένου να εκτελούνται οι εργασίες με μεγαλύτερη ακρίβεια και σε μικρότερο χρονικό διάστημα (Δρακάτος 1997). 2.2. Αποδοτικότητα των χωματουργικών μηχανημάτων Η επιτακτική ανάγκη της χρησιμοποίησης των μηχανικών μέσων, στις εργασίες διάνοιξης του δάσους, δημιούργησε το ερέθισμα επιστημονικής έρευνας σε 5

πολλούς ερευνητές, του όρου της αποδοτικότητας. Κατά τους ερευνητές δίνονται πολλές απόψεις για το τι είναι θεωρητική και πραγματική απόδοση μιας μηχανής. Κατά το Nicols H. (1962) απόδοση δομικής μηχανής καλείται το ποσό των μονάδων που παράγεται από αυτή στη μονάδα του χρόνου. Η απόδοση των δομικών μηχανών είναι θεωρητική, αν δεν ληφθούν υπόψη ορισμένοι συντελεστές οι οποίοι επιδρούν μειωτικά στην θεωρητική απόδοση, τότε μιλάμε για πραγματική απόδοση (Καραρίζος 1992). Κατά τον Garbotz G. (1958) θεωρητική απόδοση μιας δομικής μηχανής είναι το ποσό των μονάδων παραγωγής, το οποίο θα παρήγαγε αυτή αν εργαζόταν με άριστες συνθήκες και χωρίς καμία διακοπή επί μία ώρα. Η πραγματική απόδοση μιας δομικής μηχανής είναι συνάρτηση πολλών παραγόντων και μπορεί να καθορισθεί από τη θεωρητική απόδοση, όταν ληφθούν υπόψη οι παράγοντες που επηρεάζουν τη θεωρητική απόδοση της μηχανής που είναι οι εξής: (Καραρίζος 1992) Α) Συντελεστής συνθηκών εργασίας Β) Συντελεστής οργάνωσης εργοταξίου Γ) Συντελεστής διακοπών εργασίας Δ) Συντελεστής υψομέτρου Ε) Συντελεστής θερμοκρασίας Στ) δύναμη έλξης Ζ) Επιτάχυνση Κατά τον Pestal E. (1981) η απόδοση εκσκαφής και μεταφοράς εδάφους του μηχανήματος Angledozer εξαρτάται από αρκετούς παράγοντες που μόνο εν μέρει μπορούν να προσδιοριστούν, π.χ απόδοση κινητήρα, εδαφικός τύπος, εύρος μεταφοράς, καιρικές συνθήκες, ανθρώπινη απόδοση και πείρα. Η θεωρητική απόδοση των δομικών μηχανών συμπίπτει με τη θεωρητική παραγωγικότητα των μηχανών (Καραρίζος 1992). Κατά το Γαβριηλίδη Σ., (1995) ως απόδοση ενός εκσκαφέα θεωρείται η ποσότητα του εδάφους που απομακρύνεται από τον εκσκαφέα από την αρχική του θέση και η φόρτωσή του σε παρακείμενο μεταφορικό όχημα στη μονάδα του χρόνου. Η θεωρητική απόδοση υπολογίζεται αρχικά με τη βοήθεια πινάκων ανάλογα με τη γωνία περιστροφής του πύργου του μηχανήματος. Στην πραγματική όμως απόδοση επιδρούν και άλλοι παράγοντες που υπολογίζονται με αντίστοιχους συντελεστές όπως: Α) Το βάθος κοπής (S d ) 6

Β) Η γωνία περιστροφής του πύργου (S w ) Γ) Οι συνθήκες εργασίας και η οργάνωση του εργοταξίου (S 1,2 ) Δ) Ο χρόνος διακοπών κατά την εργασία (Ζ) Ε) Το υψόμετρο της περιοχής (h h ) (επηρεάζει την απόδοση των μηχανών εσωτερικής καύσης) Στους προωθητές γαιών ως απόδοση θεωρείται ο όγκος του στερεού εδάφους που μπορεί να σκάψει και να μετακινήσει η λεπίδα σε μία ώρα. Όπως και στην περίπτωση των εκσκαφέων έτσι και στην περίπτωση των προωθητών γαιών, η απόδοση δεν μπορεί να εκτιμηθεί με απόλυτη ακρίβεια διότι ορισμένοι από τους παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται υπολογίζονται με υποκειμενικά κριτήρια (Γαβριηλίδης 1995). Κατά τον Εφραιμίδη Χ., (1998) η ωριαία παραγωγική ικανότητα (ωριαία απόδοση) του προωθητή γαιών, εξαρτάται κατά κύριο λόγο από το έδαφος, από την ισχύ του κινητήρα, από την ταχύτητα εκσκαφής και προωθήσεως, από τις διαστάσεις του κοπτήρα και από διάφορους παράγοντες, οι οποίοι βασίζονται σε εμπειρικές παρατηρήσεις. Κατά τον Παναγιωτόπουλο Ν., (1997) η πραγματική απόδοση είναι αποτέλεσμα συμψηφισμού πολλών παραγόντων. Για τους προωθητές γαιών η απόδοση εκφράζεται σε κυβικά μέτρα στερεού εδάφους, το οποίο είναι δυνατό να σκάψει και να μεταφέρει το μηχάνημα. Στην περίπτωση των διαμορφωτών γαιών, η απόδοση υπολογίζεται συνήθως με το χρόνο που απαιτείται για την εκτέλεση μιας ορισμένης εργασίας και όχι με τη μονάδα παραγωγής ανά ώρα. Για τους φορτωτές η απόδοσή τους εξαρτάται βασικά από την τοποθέτηση του προς φόρτωση μεταφορικού οχήματος σε σχέση με τη θέση του προς φόρτωση υλικού. Κατά τον Παναγιωτακόπουλο Δ., (1985) η θεωρητική απόδοση ενός μηχανήματος είναι το έργο που παράγεται όταν η μηχανή εργάζεται 1 ώρα χωρίς διακοπές, σε κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος. Κατά το Δρακάτο Π., (1997) η απόδοση είναι ένα από τα περισσότερο σύνθετα στοιχεία της εκτιμήσεως της παραγωγής, εφόσον εξαρτάται από παράγοντες όπως είναι ο χειριστής, οι ελάχιστες επισκευές και ρυθμίσεις ή καθυστερήσεις του προσωπικού και οι καθυστερήσεις που οφείλονται στη διαδικασία της εργασίας. Κατά το Στεργιάδη Γ., (1989) η απόδοση της εργασίας (εκσκαφή και προώθηση του εδαφικού υλικού) των προωθητών γαιών εξαρτάται από πολλούς και εν μέρει αστάθμητους παράγοντες, όπως π.χ την απόδοση (ωστική δύναμη) του 7

κινητήρα, τον εδαφικό τύπο, τις καιρικές συνθήκες, τον όγκο και το εύρος μεταφοράς (προώθησης) του εδαφικού υλικού, την ανθρώπινη απόδοση και εμπειρία, την οργάνωση της εργασίας κλπ. Η απόδοση των ερπυστριοφόρων προωθητών γαιών εκφράζεται με τον όγκο (m 3 ) του εδαφικού υλικού που μπορεί να σκάψει και να προωθήσει η λεπίδα του στη μονάδα του χρόνου (h). 8

3. ΧΩΜΑΤΟΥΡΓΙΚΑ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΑ 3.1. Περιγραφή χωματουργικών μηχανημάτων 3.1.1. Προωθητές γαιών (μπουλντόζες) Δεν έχει διαπιστωθεί πλήρως ποιος ανακάλυψε την πρώτη μπουλντόζα. Κάποιοι ιστορικοί θεωρούν ότι ένας Αμερικάνος, ο Benjamin Holt, είναι αυτός που εφηύρε την μπουλντόζα, η οποία αρχικά ονομαζόταν "caterpillar" ή ερπυστριοφόρο τρακτέρ. (Το όνομα "Caterpillar" οφείλεται σε ένα φωτογράφο, ο οποίος δούλευε για τον Benjamin Holt και μία ημέρα που φωτογράφιζε την εφεύρεση του Holt και παρατηρούσε την ανεστραμμένη εικόνα του μηχανήματος μέσα από το φακό της κάμερας του, είπε ότι κυματίζει σαν κάμπια -caterpillar-. Ο Benjamin Holt, του άρεσε αυτός ο παραλληλισμός και κράτησε αυτό το όνομα για τη μηχανή του για πολλά χρόνια). Ο ειδικός Deas Plant (Caterpillar Performanse Handbook) από την Αυστραλία, δηλώνει ότι ο Benjamin Holt ανέπτυξε και προσάρμοσε μια ατελείωτη αλυσίδα, σαν πέλμα στην ατμοκινούμενη μηχανή του, στο τέλος του 1904. Την ίδια χρονική περίοδο η αγγλική εταιρεία Hornsby, μετέτρεψε μία από τις τροχοφόρες ατμοκινούμενες μηχανές της, σε ερπυστριοφόρα βασιζόμενη σε μία πατέντα του αρχιμηχανικού τους. Καμία από τις δύο εφευρέσεις δεν ήταν αυτό που γνωρίζουμε ως μπουλντόζα. Και οι δύο ήταν φτωχές και απλές μηχανές έλξης. Ωστόσο το μοντέλο της εταιρείας Hornsby ήταν πιο κοντά σε αυτό που σήμερα ονομάζουμε μπουλντόζα και λιγότερο η μηχανή του Holt. Η Hornsby πούλησε αυτή την πατέντα στον Holt το 1913-1914. Παρά το γεγονός ότι δεν είναι βέβαιο ποιος ανακάλυψε τη μπουλντόζα, η λεπίδα της μπουλντόζας ήταν σε χρήση πριν την ανακάλυψη οποιουδήποτε ελκυστήρα. Ο όρος μπουλντόζα τεχνικά αναφέρεται μόνο στη λεπίδα που μοιάζει με φτυάρι, αλλά με το πέρασμα των χρόνων οι άνθρωποι συνέδεσαν αυτόν τον ορισμό με ολόκληρο το μηχάνημα, τόσο το μπροστινό μέρος, δηλαδή τη λεπίδα, όσο και το υπόλοιπο μηχάνημα. Πιστεύεται ότι η εταιρεία LePlante Choate ήταν μία από τις πρώτες κατασκευαστικές εταιρείες που προσάρμοσε τη λεπίδα σε ελκυστήρα (Εικόνα 3.1.1-1). 9

Εικόνα 3.1.1.-1 Προωθητής γαιών με λεπίδα Οι προωθητές γαιών (μπουλντόζες) είναι οι πιο βασικές και χρήσιμες χωματουργικές μηχανές - ο σύγχρονος "κασμάς" - για την κατασκευή πολλών τεχνικών έργων και κυρίως δασικών δρόμων. Ουσιαστικά πρόκειται για ένα ελκυστήρα (τροχοφόρο ή ερπυστριοφόρο) ο οποίος φέρει στο μπροστινό μέρος μία λεπίδα (μαχαίρι). Η λεπίδα μπορεί να ανεβοκατεβαίνει ή να περιστρέφεται με ειδικούς μηχανισμούς, έτσι ώστε να μπορεί να εισδύει στο έδαφος, είτε σε όλο το μήκος της ή στο ένα άκρο. Καθώς ο προωθητής κινείται προς τα εμπρός, εκσκάπτεται ένα σχετικά λεπτό στρώμα εδάφους, το υλικό συσσωρεύετε εμπρός από τη λεπίδα και με τη μετακίνηση του προωθητή μετατοπίζεται και το εκσκαπτόμενο υλικό (Παναγιωτόπουλος 1997). Αν και υπάρχουν αρκετοί διαφορετικοί τύποι λεπίδων, οι πιο βασικοί και συνηθισμένοι τύποι είναι S, SU και U. Οι λεπίδες τύπου S -Straight blades- παρέχουν εξαιρετική προσαρμοστικότητα. Όντας φυσικά μικρότερες από τις λεπίδες τύπου SU και U είναι ευκολότερο να ελιχθούν και να αντεπεξέλθουν σε πολύ μεγαλύτερη ποικιλία υλικών. Έχουν υψηλότερη ισχύ ανά επιφάνεια κοπής (KW/m) από τις λεπίδες τύπου SU και U και κατά συνέπεια είναι περισσότερο δυνατές στη διείσδυση στο έδαφος και στη φόρτωση των υλικών. Επίσης έχουν μεγάλη ισχύ ανά m 3 χαλαρού εδάφους (Kw/Lm 3 ) και αυτό τις κάνει ικανές να μπορούν να χειριστούν βαριά εδάφη. Τα μεγάλα πλευρικά πτερύγια στις λεπίδες τύπου U -Universal bladesπερικλείουν ένα μικρό πλευρικό κομμάτι και τουλάχιστον ένα τμήμα από την αποκοπτόμενη επιφάνεια και τις κάνουν ικανές για τη μετακίνηση μεγάλων όγκων υλικού σε μεγάλες αποστάσεις και για εργασίες όπως είναι η δημιουργία σωρών, φόρτωση σε φορτηγά με ανατρεπόμενη καρότσα κλπ καθώς αυτές οι λεπίδες έχουν χαμηλότερη ισχύ ανά μέτρο επιφάνειας κοπής (Kw/m) σε σχέση με τις λεπίδες τύπου S και SU. Επίσης με χαμηλότερη ισχύ ανά m 3 χαλαρού εδάφους (Kw/Lm 3 ) σε σχέση 10

με τις λεπίδες τύπου S και SU θεωρούνται καταλληλότερες για ελαφρύτερα και σχετικά εύκολα στη μεταφορά υλικά. Τέλος οι λεπίδες τύπου SU -Semi U blade- (Εικόνα 3.1.1-2) συνδυάζουν τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά των λεπίδων τύπου S και U σε ένα πακέτο. Έχουν αυξημένη χωρητικότητα με την προσθήκη των κοντών πτερυγίων, τα οποία περικλείουν μόνο τα πλευρικά κομμάτια. Τα πτερύγια παρέχουν βελτιωμένη ικανότητα συνοχής του φορτίου ενώ συντηρούν την ικανότητα της λεπίδας να διεισδύει στο έδαφος και να φορτώνει γρήγορα σε πολύ πακτωμένα εδαφικά υλικά (Caterpillar Performance Handbook). Εικόνα 3.1.1-2 Λεπίδες τύπου S, U και SU Ανάλογα με τη θέση της λεπίδας εκσκαφής διακρίνονται δύο κυρίως τύποι: α. Bulldozer και β. Angledozer ή Tildozer Bulldozer είναι οι προωθητές γαιών, όπου η λεπίδα εκσκαφής είναι κάθετη προς τη διεύθυνση της κίνησης της. Η απόσταση της λεπίδας από την εμπρόσθια πλευρά του μηχανήματος είναι σχετικά μικρή κι έτσι, λόγω του μικρού μοχλοβραχίονα καταπονεί λιγότερο το μηχάνημα. Στα μηχανήματα αυτά μπορεί να ρυθμίζεται η γωνία κλίσης της λεπίδας ως προς την κατακόρυφη της διεύθυνση, η τιμή της οποίας είναι πάντοτε μικρότερη από 90 ο. Επιπλέον χάρη στη διαμόρφωσή της αναπτύσσει μεγαλύτερες σκαπτικές δυνάμεις με μικρότερες καταπονήσεις και παρουσιάζει μεγαλύτερη ακρίβεια στην ισοπέδωση του εδάφους γιατί η μετάδοση των μεταβολών κινήσεως του μηχανήματος στη λεπίδα είναι ασθενέστερη σε σύγκριση με τη γωνιούμενη λεπίδα (Εφραιμίδης 1998). Angledozer ή Tildozer είναι οι προωθητές γαιών, όπου η λεπίδα εκσκαφής τοποθετείται λοξά προς τη διεύθυνση της κίνησής της και το εδαφικό υλικό μετατοπίζεται προς τη μία ή την άλλη πλευρά. Η γωνία κλίσεως της λεπίδας εκσκαφής ως προς τη διεύθυνση της κίνησής της κυμαίνεται από 60 ο έως 90 ο. Για γωνία κλίσεως 90 ο της λεπίδας εκσκαφής το μηχάνημα Angledozer μετατρέπεται σε Bulldozer (Καραρίζος 1996). 11

Κατά κανόνα οι προωθητές γαιών κινούνται με κινητήρα εσωτερικής καύσης, κατά κανόνα Diesel και μπορούν να έχουν μηχανικό ή υδραυλικό σύστημα μετάδοσης της κίνησης. Ωστόσο υπάρχουν και προωθητές με μεικτά συστήματα μετάδοσης της κίνησης όπως π.χ. το ημιαυτόματο σύστημα (Power Shift) στο οποίο έχουμε πλεονεκτήματα του μηχανικού συστήματος και πλεονεκτήματα του υδραυλικού συστήματος (χρήση μετατροπέα ροπής). Η ισχύς του κινητήρα αρχίζει από 32 Ps στα μικρά μεγέθη και φτάνει στους 770 Ps (574 Kw) στα μεγάλα μεγέθη (π.χ. Caterpillar D11N). Ο μηχανισμός ανάρτησης και κίνησης της λεπίδας μπορεί να είναι μηχανικός ή υδραυλικός. Σήμερα η τάση είναι για κατασκευή προωθητών με υδραυλικό μηχανισμό ελέγχου της λεπίδας και με μετατροπέα ροπής (αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων). Στην εικόνα 3.1.1.-3 που ακολουθεί φαίνεται ένα σύστημα ανάρτησης τόσο σε ερπυστριοφόρο όσο και σε τροχοφόρο προωθητή γαιών. Εικόνα 3.1.1-3 Σύστημα ανάρτησης προωθητών γαιών Τα πλεονεκτήματα του υδραυλικού συστήματος αναρτήσεως της λεπίδας (σε αντίθεση με το μηχανικό σύστημα) είναι η μεγαλύτερη δύναμη που μπορεί να αναπτυχθεί για την ώθηση της λεπίδας στο έδαφος, η ευκολία στο χειρισμό και η διατήρηση της λεπίδας σε σταθερή θέση ως προς τη μηχανή (οπότε επιτυγχάνεται πιο ακριβή εργασία). Τα πλεονεκτήματα του μηχανικού συστήματος είναι η απλούστερη κατασκευή και ο μικρότερος κίνδυνος βλαβών λόγω προσκρούσεων σε εμπόδια (Παναγιωτακόπουλος 1985). Τα κύρια τμήματα του ερπυστριοφόρου προωθητή γαιών είναι το σκάφος, ο κινητήρας, τα στοιχεία μεταδόσεως της κινητικής ενέργειας, το χειριστήριο, το σύστημα πορείας και τα εκσκαπτικά εργαλεία. Το σύστημα πορείας έχει ιδιαίτερη σημασία για την οικονομική εκμετάλλευση του μηχανήματος, λόγω των αυξημένων καταπονήσεων, κάτω από τις οποίες λειτουργεί και των φθορών. Αποτελείται από το τύμπανο κινήσεως (πρυμναίο τύμπανο, σπρόκετ), το οποίο φέρει την οδοντωτή 12

στεφάνη για την έλξη της ερπύστριας, από το τύμπανο αναστροφής ή προεντάσεως (πρωραίο τύμπανο), το οποίο χρησιμεύει για την προένταση της ερπύστριας με ισχυρά ελατήρια, από τα κύλιστρα του άνω και κάτω κλάδου και από την ερπύστρια η οποία σχηματίζει με τα στοιχεία της μια ατέρμονα αλυσίδα. Τα στοιχεία της ερπύστριας είναι τα πέδιλα, τα χιτώνια με τους πύρους συνδέσεως και οι κοχλίες, με τους οποίους στερεώνονται τα πέδιλα στα στοιχεία της αλυσίδας. Επειδή η ερπύστρια εργάζεται μέσα σε χώματα με πέτρες και νερό, υπόκεινται σε υψηλές καταπονήσεις και επομένως φθορές. Επιπλέον "σηκώνει" όλο το βάρος του μηχανήματος και τις δυνάμεις κινήσεως τις οποίες μεταβιβάζει στο έδαφος. Για αυτό το λόγο τα στοιχεία κινήσεως πρέπει να είναι κατασκευασμένα από κατάλληλα ανθεκτικά μέταλλα και να αντικαθίστανται εύκολα. Το πλάτος και η μορφή των πέδιλων ως προς το ύψος και το πάχος του νεύρου, εξαρτώνται από το έδαφος και τις συνθήκες λειτουργίας. Για λειτουργία σε χαλαρό και αμμώδες έδαφος χρησιμοποιούνται πέδιλα με υψηλά νεύρα για αυξημένη πρόσφυση στο έδαφος. Σε πετρώδες και βαρύ έδαφος χρησιμοποιούνται πέδιλα με χαμηλό και χοντρό νεύρο. Η εκλογή του πλάτους του πέδιλου πρέπει να γίνεται σε συνδυασμό με τη φύση του εδάφους, πάνω στο οποίο κινείται ο προωθητής. Το κανονικό πλάτος για προωθητές μέχρι 50 Ps είναι 200-400 mm, για 80 Ps είναι 300-450 mm, για 140 Ps είναι 380-510 mm και για τους ισχυρότερους προωθητές 500-700 mm. Οι μεγάλοι προωθητές π.χ. της Caterpillar D11N με κινητήρα 770 Hp (574 Kw) έχουν κανονικό πλάτος 710 mm με μέγιστη τιμή 915 mm (Εφραιμίδης 1998). Οι ερπυστριοφόροι προωθητές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μία μεγάλη ποικιλία εδαφών λόγω της χαμηλής πίεσης που εφαρμόζεται στο έδαφος και των μεγάλων δυνάμεων πρόσφυσης που αναπτύσσονται. Επιπλέον μπορεί να εργαστεί σε εδάφη με κλίσεις μέχρι 45 ο. Προωθητές γαιών τύπου Bulldozer χρησιμοποιούνται μόνο σε θέσεις όπου υπάρχουν γαίες για εκσκαφή και μετατόπιση σε μεγάλη επιφάνεια. Κυρίως χρησιμοποιούνται μόνο για κατά μήκος μεταφορά εδαφικού υλικού σε σταθερό κατά μήκος και λιγότερο καλό εγκαρσίως κατάστρωμα. Τα μηχανήματα αυτά χαλαρώνουν όχι πολύ στερεά ή ανατιναγμένα πετρώματα, καθαρίζουν το χώρο της κατασκευής από τα βραχώδη υλικά που προκύπτουν μετά την ανατίναξη, απομακρύνουν την εδαφιαία βλάστηση, πληρώνουν κενά ή τάφρους, κατανέμουν το εδαφικό υλικό στην επιφάνεια του καταστρώματος του δασικού δρόμου κλπ (Καραρίζος 1996). 13

Οι ελαστικοφόροι προωθητές γαιών αποτελούνται από ένα ελκυστήρα με ελαστικά επίσωτρα και μία λεπίδα (εγκάρσια ή κινητή) εκσκαφής και προώθησης του εδαφικού υλικού. Το όχημα έχει κίνηση σε όλους τους τροχούς για να εκμεταλλεύεται καλύτερα το συνολικό βάρος για την ωστική δύναμή του. Η ταχύτητα κινήσεώς του φτάνει μέχρι 30 Km/h σε αντίθεση με τους ερπυστριοφόρους προωθητές που μπορούν να κινηθούν με ταχύτητα από 2 έως 15 Km/h. Όσον αφορά την οικονομική απόσταση μεταφοράς του υλικού με προωθητές γαιών, αυτή κυμαίνεται από 10 έως 100 μέτρα (25-300 πόδια). Τα πλεονεκτήματα των ελαστικοφόρων προωθητών έναντι των ερπυστριοφόρων, είναι τα εξής: α) Αναπτύσσουν μεγαλύτερες ταχύτητες με αποτέλεσμα να μπορούν να μεταφέρουν υλικό σε απόσταση μέχρι 150 m. β) Είναι περισσότερο ευκίνητοι. Υπάρχουν τροχοφόροι προωθητές που είναι τόσο ευκίνητοι ώστε να μπορούν να αλλάζουν πορεία κατά 180 ο σε χώρο όχι μεγαλύτερο από το μήκος τους. γ) Μπορούν να χρησιμοποιήσουν το οδικό δίκτυο για τη μετακίνηση τους χωρίς να χρειάζεται να μεταφερθούν. δ) Καταπονούν λιγότερο το χειριστή κατά τη λειτουργία τους. ε) Μπορούν να χρησιμοποιηθούν καλύτερα σε εδάφη με πυριτιούχα άμμο που φθείρει τα εξαρτήματα των ερπυστριών, ενώ δεν βλάπτει τους ελαστικούς τροχούς. Τα μειονεκτήματα των ελαστικοφόρων προωθητών έναντι των ερπυστριοφόρων, είναι τα εξής: α) Έχουν μικρότερη πρόσφυση στο έδαφος, με αποτέλεσμα τη μικρότερη εκμετάλλευση της διατιθέμενης ισχύος του κινητήρα. β) Ασκούν μεγαλύτερη πίεση στο έδαφος σε σχέση με τους ερπυστριοφόρους προωθητές και για αυτό θεωρείται ακατάλληλη η χρησιμοποίησή τους σε λασπώδη εδάφη και σε εδάφη που δεν επιτρέπονται μεγάλες πιέσεις. γ) Κατά την εργασία τους σε ανώμαλα εδάφη, οι τροχοφόροι προωθητές ταλαντώνονται περισσότερο γιατί στηρίζονται σε τέσσερα μόνο σημεία, με αποτέλεσμα τη μικρότερη ακρίβεια στην εκτέλεση των εργασιών. δ) Δεν ενδείκνυται η χρησιμοποίησή τους σε βραχώδη εδάφη λόγω κινδύνου καταστροφής των ελαστικών (Καραρίζος 1996). 14

3.1.2. Διαμορφωτές γαιών (Ισοπεδωτές, Grader) Ο διαμορφωτής γαιών (Grader) ανήκει στην κατηγορία των επίπεδων εκσκαφέων με πολλές και ποικίλες εφαρμογές στα χωματουργικά έργα. Χρησιμοποιούνται για την απόξεση του εδάφους, για τη συντήρηση των προσβάσεων των εργοταξίων, για τη διάστρωση των αδρανών υλικών βάσεως, για την κατασκευή τάφρων, τη διαμόρφωση πρανών, την αποχιόνιση και για τη διάστρωση ασφαλτοσκυροδέματος σε έργα οδοποιίας και έχουν ιδιαίτερη επιτυχία όταν απαιτείται ακρίβεια κατά την εργασία (Καραρίζος 1992,1999). Οι διαμορφωτές γαιών είναι πάντοτε τροχοφόροι και κατατάσσονται στους διαξονικούς και τριαξονικούς, ανάλογα με τον αριθμό των αξόνων των τροχών, καθώς και σε μηχανικής και υδραυλικής κινήσεως, ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας της λεπίδας. Στα σύγχρονα μηχανήματα ο χειρισμός όλων των συστημάτων του ισοπεδωτή γίνεται με υδραυλικά κυκλώματα. Με αυτά η εργασία γίνεται ευκολότερη, ο χειριστής δεν καταπονείται με τους συνεχείς χειρισμούς με συνέπεια τη βελτίωση της ποιότητας κατασκευής και της παραγωγικής ικανότητας (Εφραιμίδης 1998). Στους τριαξονικούς διαμορφωτές στους οποίους υπάγονται το 90% των μηχανών διαμόρφωσης του εδάφους οι δύο οπίσθιοι τροχοί είναι κινητήριοι και δέχονται το 70% του συνολικού βάρους του μηχανήματος (Εικόνα 3.1.2-1). Εικόνα 3.1.2-1 Κατανομή βάρους σε τριαξονικό διαμορφωτή Το κυριότερο πλεονέκτημα των τριαξονικών διαμορφωτών γαιών είναι ότι επιτρέπουν μεγαλύτερη ακρίβεια εργασίας, διότι κατά την εργασία προκαλούνται μικρότερες κατακόρυφες μετακινήσεις της λεπίδας. Αυτό οφείλεται στο ότι οι τροχοί των οπίσθιων αξόνων προσαρμόζονται ή ακολουθούν διαδοχικά τις ανωμαλίες του εδάφους. Στους διαξονικούς διαμορφωτές γαιών, όπου όλοι οι τροχοί είναι κινητήριοι, το βάρος του μηχανήματος κατανέμεται σχεδόν ομοιόμορφα στους τροχούς (κατά 15

45% περίπου επιβαρύνονται οι εμπρόσθιοι τροχοί) και η δύναμη προσφύσεως των τροχών με το έδαφος είναι μεγαλύτερη από ότι στους τριαξονικούς για το αυτό βάρος του μηχανήματος (Γαβριηλίδης 1995). Υπάρχουν δύο τύποι διαμορφωτών: α. οι βαρείς και β. οι ελαφρείς. Οι βαρείς ισοπεδωτές είναι εφοδιασμένοι με συστήματα μετάδοσης τύπου Tandem και διαθέτουν μηχανή Diesel με ισχύ από 125 έως 340 Hp. Οι ελαφρείς ισοπεδωτές φέρουν μηχανές με μηχανική ισχύ μικρότερη από 100 Hp, είναι απλοί στην κατασκευή τους και η σημαντικότερη διαφορά από τους βαρείς είναι ότι οι λεπίδες δεν μπορούν να διαγράψουν πλήρη κύκλο και δεν παρέχουν τις ίδιες δυνατές θέσεις στην λεπίδα. Επίσης η γωνία εργασίας της λεπίδας δε μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια της εργασίας, το δε βάρος και η ισχύς είναι πολύ μικρή σε σχέση με το μέγεθος της λεπίδας (Δρακάτος Π. 1997). Τα κύρια τμήματα του ισοπεδωτή είναι ο μηχανισμός πορείας με το πλαίσιο, ο κινητήρας με τα στοιχεία μεταδόσεως της κινητικής ενέργειας και η περιστροφική στεφάνη με τον κινητό κοπτήρα (Εφραιμίδης 1998). Τα βασικά χαρακτηριστικά του είναι οι διαστάσεις της λεπίδας-κοπτήρα, η ισχύς του κινητήρα και το συνολικό βάρος του μηχανήματος, τα οποία βρίσκονται πάντοτε μεταξύ τους σε μία σχετική αναλογία (Γαβριηλίδης 1995). Το εκσκαπτικό εργαλείο του ισοπεδωτή είναι ο κοπτήρας, ο οποίος έχει μήκος από 3,6 m στα μικρά μεγέθη (125 Ps) μέχρι 4,8 m στα μεγάλα μεγέθη των 275 Ps και ύψος αντίστοιχα 0,61 m και 0,79 m. Ο κοπτήρας έχει μία μικρή κυρτότητα και είναι στερεωμένος στο κάτω τμήμα μιας στεφάνης με εσωτερική οδόντωση, η οποία αναρτάται από το πλαίσιο περίπου στη μέση. Με την ανάρτηση αυτή ο κοπτήρας έχει τη δυνατότητα να περιστρέφεται περί άξονα κάθετο προς το επίπεδο της οδοντωτής στεφάνης και περί άξονα παράλληλο προς το διαμήκη άξονα του μηχανήματος. Επίσης μπορεί να ολισθαίνει έξω από το μηχάνημα και προς τις δύο πλευρές και να παίρνει ανάλογες προς τη μορφή του εδάφους θέσεις (Εικόνα 3.1.2-2). 16

Εικόνα 3.1.2-2 Θέση λεπίδας διαμορφωτή ως προς το έδαφος Ο χειριστής πρέπει να παρακολουθεί συνεχώς τη λειτουργία του κοπτήρα έτσι ώστε να επεμβαίνει με το υδραυλικό χειριστήριο, όταν απαιτείται, για να προλαβαίνει το σχηματισμό ανωμαλιών στην υπό κατασκευή επιφάνεια, όταν ο κοπτήρας προσκρούει σε σκληρό αντικείμενο. Για τη βελτίωση των χειρισμών και για τον καλύτερο έλεγχο των διαφόρων οργάνων του μηχανήματος, το υδραυλικό χειριστήριο εξοπλίζεται με πιεστικά πλήκτρα, τα οποία μεταδίδουν ταχύτατα τις εντολές στον υδραυλικό διανομέα με την παρεμβολή ηλεκτρονόμων. Είναι σκόπιμο οι εμπρόσθιοι τροχοί να έχουν εκκρεμή ανάρτηση (σπαστοί) για καλύτερη προσαρμογή στις ανωμαλίες του εδάφους. Για τη μείωση της επίδρασης του ανθρώπινου παράγοντα στην ποιότητα ισοπέδωσης, αναπτύχθηκαν αυτόματα συστήματα εξίσωσης της επιφάνειας, όπως το σύστημα Preco της Caterpillar, Planomat της Nogoton και Nivomatic της Frisch, καθώς και συστήματα laser. (Τα συστήματα laser περιγράφονται αναλυτικά σε επόμενο κεφάλαιο). Το βάρος των μηχανημάτων αυτών κυμαίνεται από 2,5 έως 30 tn ανάλογα με το μήκος της λεπίδας και την ισχύ του κινητήρα, που κυμαίνεται από 30 έως 275 Ps (Γαβριηλίδης 1995, Εφραιμίδης 1998). Η ταχύτητα εργασίας του ισοπεδωτή εξαρτάται από τη φύση του εδάφους και από την απαιτούμενη ακρίβεια ισοπέδωσης. 3.1.3. Εκσκαφείς Τα μηχανήματα εκσκαφής του εδάφους είναι πολλά και διάφορα και κατατάσσονται γενικά σε: 1) Εκσκαφείς γενικής χρήσεως 2) Εκσκαφείς συνεχούς λειτουργίας και 3) Ειδικούς εκσκαφείς. 17

Ο βασικός προορισμός των μηχανημάτων αυτών είναι η εκσκαφή και η μετακίνηση του εδάφους ή η φόρτωση του σε διάφορους τύπους μεταφορικών οχημάτων. Το κύριο χαρακτηριστικό των μηχανημάτων αυτών είναι ότι η εργασία εκσκαφής του εδάφους δε συνεπάγεται τη μετακίνηση του μηχανήματος, πράγμα που είναι απαραίτητο σε άλλα είδη χωματουργικών μηχανημάτων, όπως είναι για παράδειγμα ο αποξέστης. Οι εκσκαφείς γενικής χρήσεως αποτελούν τα βασικότερα μηχανήματα εκσκαφής του εδάφους (Nichols 1962). Τα μηχανήματα αυτά διακρίνονται στις εξής μορφές: α) Εκσκαφέας με μετωπικό κάδο φορτώσεως (Shovel). β) Εκσκαφέας με ανεστραμμένο κάδο φορτώσεως, τσάπα (Backhoe). γ) Εκσκαφέας με συρόμενο κάδο (Dragline). δ) Εκσκαφέας με διάταξη αρπάγης (Clamshell). ε) Εκσκαφέας γερανός (Crane). στ) Εκσκαφέας πασσαλοεμπήκτης (Pile-driving excavator). Οι εκσκαφείς γενικής φύσεως διακρίνονται σε μηχανικούς εκσκαφείς, όταν η μετάδοση κινήσεως σε λειτουργικά στοιχεία γίνεται με μηχανικά μέσα, δηλαδή οδοντωτούς τροχούς, συρματόσχοινα, αλυσίδες και στους υδραυλικούς εκσκαφείς, όταν η μετάδοση κινήσεως γίνεται με υδροδυναμική ή υδροστατική ενέργεια. Οι εκσκαφείς υδραυλικής κινήσεως έχουν απλούστερους μηχανισμούς, είναι πιο ευέλικτοι κατά την εργασία, ο δε χειρισμός τους είναι σχετικά ευκολότερος. Τα κύρια μέρη ενός εκσκαφέας γενικής χρήσεως είναι τα εξής: (Παναγιωτακόπουλος 1985) α) Πλαίσιο (ή φορείο) με το σύστημα πορείας β) Στρεφόμενος φορέας (ή σκάφος) γ) Εξάρτηση (ή μηχανισμός) εκσκαφής με τον πρόβολο και τον κάδο Στις παλαιότερες κατασκευές η κύλιση του εκσκαφέα γινόταν πάνω σε σιδηροτροχιές. Σήμερα χρησιμοποιούνται ερπύστριες (ταχύτητα 1-4 Km/h) και ελαστικοί τροχοί για τα μικρότερα μεγέθη. Σκοπός των ερπυστριών στους εκσκαφείς γενικής χρήσης είναι η διανομή του βάρους του μηχανήματος και των μεταφερόμενων στο έδαφος δυνάμεων σε μεγαλύτερη επιφάνεια, έτσι ώστε η πίεση πάνω στο χαλαρό έδαφος να διατηρείται σε χαμηλές τιμές, συνήθως μικρότερες του 1 Kp/cm 2. Το πλαίσιο του φορείου αποτελείται από μία ισχυρή μεταλλική κατασκευή κατά προτίμηση ολόσωμη ή από ηλεκτροσυγκολλημένα τεμάχια κυψελοειδούς 18