POLITECHNIKA KRAKOWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ

ZAKŁAD TECHNOLOGI I ORGANIZACJI

BUDOWNICTWA

ĆWICZENIE PROJEKOTWE Z PRZEDMIOTU

TECHNOLOGIA ROBÓT MOSTOWYCH

PROJEKT TECHNOLOGI ROBÓT PRZY BETONOWANIU PRZĘSŁA ESTAKADY

Adam Kura

WIL Grupa MiBP

Rok akademicki 2010/2011

SPIS TREŚCI

1. OPIS ZADANIA I WARUNKÓW REALIZACJI 3

2. TECHNOLOGIA ROBÓT BETONOWYCH 3

2.1. ZESPÓŁ BETONOMIESZARKI SAMOCHODOWE - POMPA 3

2.2. REALIZACJA BETONOWANIA WARSTWAMI O STOPNIACH NA CZĘŚCI ELEMENTU 3

3. ZESPÓŁ ROBOCZY ORAZ ZESTAW SPRZĘTU 4

3.1. WYDAJNOŚĆ ZESPOŁU BETONOMIESZARKI SAMOCHODOWE - POMPA 4

3.1.1. CHARAKTERYSTYKA SYSTEMU M/M/N/-/N 5

3.1.2. WYDAJNOŚĆ ZESPOŁU DOSTARCZAJĄCEGO MIESZANKĘ W MIEJSCE W BUDOWANIA 6

3.1.3. JEDNOSTKOWY KOSZT BEZPOŚREDNI PRACY ZESPOŁU 6

3.2. OBJĘTOŚĆ MIESZANKI WBUDOWYWANA W CZASIE DYSPONOWANYM 6

3.3. OBJĘTOŚĆ MIESZANKI PRZEWIDZIANEJ DO WBUDOWANIA W PRZĘSŁO 7

3.4. ZESPÓŁ PRACOWNIKÓW 9

4. ZAGOSPODAROWANIE PRZYOBIEKTOWE TERENU 10

4.1. PARAMETRY TECHNICZNE URZĄDZEŃ STOSOWANYCH 10

4.2. WYDAJNOŚĆ POMPY 10

4.3. ZASIĘG TŁOCZENIA POMPY 10

4.4. WYSIĘG ROZDZIELACZA 11

4.5. WYSOKOŚĆ PODAWANIA 12

4.6. PRZYJĘCIE POMPY 13

1. OPIS ZADANIA I WARUNKÓW REALIZACJI

Projekt dotyczy fragmentu budowy estakady w ciągu ulicy Nowohuckiej na skrzyżowaniu z ulicą Stanisława Klimeckiego i obejmuje technologię betonowania płyty o długości a = 35 m, szerokości b = , grubości płyty h_pł = i wysokości ustroju wraz z belkami h = . Wysokość spodu obiektu względem wysokości terenu wynosi h_b = 8 m. Na podstawie wcześniej wykonanych podobnych obejmujący przygotowanie i dostawę mieszanki na budowę wynosi t_λ= 0,278 [h]. Zaś średni czas pompowania mieszanki z jednej betonomieszarki t_µ= 0,2857 [h].

Do wykonania robót należy zastosować zespół złożony z 5 betoniarzy i 2 pomocników, wyposażony w pompę samochodową KCP 45ZX5-170 z rozdzielaczem wysięgnikowym o maksymalnym zasięgu w poziomie 40,51 m.

Mieszanka będzie dostarczana z betonowni odległej od budowy o 2 betonomieszarkami samochodowymi o pojemnościach nominalnych .

2. TECHNOLOGIA ROBÓT BETONOWYCH

Zespół urabiania stanowi grupę współdziałających pracowników i sprzętu, który:

• odmierza i miesza składniki,

• transportuje i podaje do miejsca wbudowania,

• układa i zagęszcza mieszankę wraz z zagładzeniem powierzchni i ułożeniem folii zabezpieczającej warstwę wierzchnią przed odparowaniem wody.

Ze względu na kolejne wykonanie robót, czas urabiania, liczy się indywidualnie względem każdej porcji mieszanki i stanowi sumę czasów wykonywania kolejnych robót wraz z czasami przestojów, to jest od chwili kontaktu wody i cementu do chwili zakończenia wspólnego zagęszczania i wyrównywania ostatniej porcji mieszanki ułożonej z porcją dołożoną później.

2.1. ZESPÓŁ BETONOMIESZARKI SAMOCHODOWE - POMPA

W celu uzyskania monolitycznego połączenia mieszanki układanej i ułożonej wcześniej, jest niezbędne równoczesne zagęszczenie wraz z mieszanką układaną 8-centymetrowej warstwy mieszanki w porcji już ułożonej. Aby to wykonać w tzw. czasie dysponowanym t_d, tj. do chwili wystąpienia początku wiązania cementu we wbudowywanych porcjach mieszanki zespół, zgodnie z punktem 3.1, powinien być wyposażony w samochodową pompę z rozdzielaczem wysięgnikowym i 3 betonomieszarek samochodowych. Sprzęt ten zapewnia ciągłość betonowania, z bardzo małym prawdopodobieństwem przestojów pompy, mniejszym niż 10 % oraz z 95% gwarancją nie przekroczenia czasu trwania dostawy t_dp^95% = 0.88h

2.2. REALIZACJA BETONOWANIA WARSTWANI O STOPNIACH NA CZĘŚCI ELEMENTU

Zespół w czasie dysponowanym, wg 3.2, wbudowuje mieszankę betonową o objętości V_d = 35,409 [m³]. W przypadku betonowania przęsła warstwami o stopniach na części elementu, zgodnie z punktem 3.3, szerokość betonowanego pasa wynosi s = 3,40 [m]. Układanie, zagęszczanie i wyrównywanie mieszanki wraz z zagładzaniem i ułożeniem folii na warstwie 4, należy realizować w sposób ciągły, przy zachowaniu stałego zwrotu i kierunku przesuwania frontu robót, zgodnie z RYS. 1.

3. ZESPÓŁ ROBOCZY ORAZ ZESTAW SPRZĘTU

3.1. WYDAJNOŚĆ ZESPOŁU BETONOMIESZARKI SAMOCHODOWE - POMPA

Do opisu pracy zespołu: pompa samochodowa z rozdzielaczem wysięgnikowym i N – betonomieszarek samochodowych, z tzw. zamawianiem dostaw bezpośrednio po rozładunkach zastosowano system kolejkowy M/M/N/-/N. Model, zgodnie z przyjętą symboliką oznacza system obsługi masowej o Markowskim rozkładzie z parametrem λ procesu dostawy ( tj. czasów od chwili zakończenia rozładunku betonomieszarki odpowiadających chwili rozpoczęcia przygotowania mieszanki, jej załadunku i przywiezienia na budowę) i również o wykładniczym rozkładzie obsługi z parametrem µ.

Przy powyższych założeniach prawdopodobieństwo p_o przestoju aparatu obsługi wynosi:

Średnia liczba obsługiwanych zgłoszeń w jednostce czasu:

Średnia liczba zamówień w jednostce czasu:

Z uwagi na zastosowanie Markowskich procesów zgłoszeń i obsługi również proces wyjść z systemu jest procesem Markowa. Zatem po podstawieniu w relacji:

za λ wartość Q oraz za dystrybuantę F(t) gwarantowane prawdopodobieństwo wartość t będzie oznaczać maksymalny czas realizacji dostawy pompowania.

3.1.1. CHARAKTERYSTYKI SYSTEMU M/M/N/-/N

TABLICA 1. Charakterystyki systemu M/M/N/-/N przy λ =2,1 [1/h] i µ = 3,8 [1/h].

Liczba jednostek N	Prawdopodobieństwo przestoju aparatu obsługi po	Średnia liczba obsługiwanych zgłoszeń w jednostce czasu Q	Średnia liczba zamówień w jednostce czasu n	Jednostkowy koszt bezpośredni pracy zesp. Kb	Średni czas realizacji dostawy Tśr	Maksymalny czas realizacji dostawy t
1	0.407	2.076	0.593	148.261	0.334	1.443
2	0.122	3.072	1.398	137.695	0.226	0.975
3	0.027	3.405	2.333	163.481	0.204	0.88
4	0.005	3.484	3.317	200.186	0.199	0.86
5	0.001	3.498	4.315	240.154	0.198	0.856
6	0.000	3.500	5.314	280.863	0.198	0.856
7	0.000	3.500	6.314	321.700	0.198	0.856
8	0.000	3.500	7.447	362.555	0.198	0.856
9	0.000	3.500	8.447	403.412	0.198	0.856
10	0.000	3.500	9.447	444.269	0.198	0.856

WYKRES 1. Prawdopodobieństwo przestoju aparatu obsługi p_o przy zastosowaniu N jednostek transportowych.

3.1.2. WYDAJNOŚĆ ZESPOŁU DOSTARCZAJĄCEGO MIESZANKĘ DO WBUDOWANIA

Q_{sr(N = 3)} = Q * q

gdzie:

q – objętość mieszanki betonowej dostarczanej w jednej betonomieszarce samochodowej, q = 8 [m³],

Q – średnia liczba rozładowanych betonomieszarek w czasie godziny Q = 3,405 [1/h].

$Q_{sr(N = 3)} = 3,405\frac{1}{h}*8m^{3} = 27,238\frac{m^{3}}{h}$

3.1.3. JEDNOSTKOWY KOSZT BEZPOŚREDNI PRACY ZESPOŁU

K_b = (K_bp + n * K_bm + K_m(t))/Q

gdzie:

K_bp – koszt m-g pracy pompy do mieszanki K_bp = 223 zł/h

K_bm – koszt m-g najmu betonomieszarki K_bm = 143 zł/h

n – średnia liczba zgłoszeń w systemie n = 1,497

K_m(t) – dodatkowy koszt jednostkowy ze względu na zastosowanie mieszanki o zwiększonym czasie początku wiązania K_m(t) = 0 zł/h

Q – średnia liczba rozładowanych betonomieszarek w czasie godziny Q = 3,460 [1/h].

$K_{b} = (223\frac{zl}{h} + 2,333*143\frac{zl}{h} + 0\frac{zl}{h})/27,238\frac{m^{3}}{h} = 20,435\frac{zl}{m^{3}}$

3.2. OBJĘTOŚĆ MIESZANKI WBUDOWYWANA W CZASIE DYSPONOWANYM

Przyjęto czas początku wiązania: t_pw = 3,0h

Czas dysponowany, w którym do porcji mieszanki ułożonej można dołożyć następną porcję mieszanki i wykonać wspólne zagęszczenie połączenia oraz ewentualne zagładzenie powierzchni.

t_d = t_pw − τ_dp(90%)

gdzie:

t_pw – czas początku wiązania t_pw = 3,0h

τ_{dp (90%)}–czas mieszania, transportu, wbudowania porcji betonu dostarczanej w jednej betonomieszarce

τ_{dp (90%)} = 1,7h

t_d = 3, 0 h − 1, 7 h = 1, 3 h

ZESPÓŁ W CZASIE DYSPONOWANYM WBUDOWUJE MIESZANKĘ BETONOWĄ O OBJĘTOŚCI:

V_d = Q_{sr(N = 3)} * t_d

gdzie:

Q_śr(N=2) - wydajność zespołu dostarczającego mieszankę do wbudowania

t_d - czas dysponowany, w którym do porcji mieszanki ułożonej można dołożyć następną porcję mieszanki i wykonać wspólne zagęszczenie połączenia oraz ewentualne zagładzenie powierzchni, jeszcze przed chwilą początku wiązania cementu.

$V_{d} = 27,238\frac{m^{3}}{h}*1,3\ h = 35,409m^{3}$

3.3. OBJĘTOŚĆ MIESZANKI PRZEWIDZIANEJ DO WBUDOWANIA W PRZĘSŁO

Wymiary przęsła: długość a = 45 m, szerokość płyty b = , wysokość ustroju h = ,
wysokość płyty, h_pł = 0,3 m

RYS. 2. Przekrój poprzeczny przęsła.

NIEZBĘDNA OBJĘTOŚĆ MIESZANKI DO WBUDOWANIA

Objętość mieszanki przewidziana do wbudowania:

V_n = 35m * (14m*0,3m+7*0,7m*0,9m) = 387.45m³

Ponieważ objętość mieszanki przewidzianej do wbudowania V_n = jest większa od objętości wbudowywanej w czasie dysponowanym V_d = 35,409 m³, dlatego betonowanie musi być zrealizowane warstwami.

DŁUGOŚĆ WARSTW UKŁADANYCH W CZASIE DYSPONOWANYM

RYS. 3. Grubości układanych warstw przyjęto zgodnie z rysunkiem

PRZY BETONOWANIU PŁYTY DŁUGOŚĆ UKŁADANEJ WARSTWY WYNOSI:

I = V_d/(b * h_w)

gdzie:

V_d – objętość mieszanki możliwa do wbudowania przez zespół w czasie dysponowanym,

b – szerokość warstwy

h_w – grubość układanej warstwy,

 I = 35, 409 m³/(14m * 0, 3m)=8, 431m

PRZY BETONOWANIU BELEK DŁUGOŚĆ UKŁADANEJ WARSTWY WYNOSI:

I = V_d/(b * h_w)

gdzie:

V_d – objętość mieszanki możliwa do wbudowania przez zespół w czasie dysponowanym,

b – szerokość warstwy

h_w – grubość układanej warstwy,

 I = 35, 409 m³/(7 * 0, 7m * 0, 3m)=24, 088m

Przyjęto: jako decydującą, mniejszą długość układanej warstwy l = 8,431m,

BETONOWANIE WARSTWAMI ZE STOPNIAMI NA CZĘŚCI ELEMENTU

Z uwagi na większą długość przęsła a = 35 m, niż długość układanej warstwy w czasie dysponowanym l =8,431m przyjęto, że zostanie zastosowane betonowanie warstwami ze stopniami na części elementu.

SZEROKOŚĆ PASA UKŁADANEJ MIESZANKI PRZY BETONOWANIU WARSTWAMI ZE STOPNIAMI NA CZĘŚCI ELEMENTU:

$s = \frac{V_{d}}{\sum_{i = 1}^{n}{b_{i}h_{i}}}$

gdzie:

n – liczba warstw układanej mieszanki.

$\ s = \frac{35,409\ m^{3}}{\left( 0,3m\ *\ 0,7m\ *\ 7\ *\ 3\ + \ 14,0m\ *\ 0,3m\ *1 \right)} = 4,113m$

WARUNEK SZEROKOŚCI UKŁADANEGO PASA

s = 4, 113m > s_min = 3m

gdzie:

s_min – minimalna wymagana szerokość warstwy układanej mieszanki.

Przyjęto: szerokość betonowanego pasa s = 3,40 m.

3.4. ZESPÓŁ PRACOWNIKÓW

Na podstawie przeprowadzonych badań przy betonowaniu płyty pomostu z belkami norma czasu
na układanie i zagęszczanie mieszanki, wraz z zagładzeniem powierzchni wynosi :

- dla betoniarzy:

$N_{\text{cz}}^{b} = 0,16\frac{h}{m^{3}}$

Zatem wydajność normowa:

$Q_{\text{cz}}^{b} = \frac{1}{N_{\text{cz}}^{b}} = \frac{1}{0,16}\frac{m^{3}}{h} = 6,25\frac{m^{3}}{h}\ $

Niezbędna liczba betoniarzy:

$n^{b} = \frac{Q_{sr}}{Q_{N}^{b}} = \frac{27,238\frac{m^{3}}{h}}{6,25\frac{m^{3}}{h}} = 4,358$

Przyjęto: n=5 betoniarzy.

- dla robotników:

$$N_{\text{cz}}^{r} = 0,06\frac{h}{m^{3}}$$

Zatem wydajność normowa:

$$Q_{\text{cz}}^{r} = \frac{1}{N_{\text{cz}}^{r}} = \frac{1}{0,06}\frac{m^{3}}{h} = 16,667\frac{m^{3}}{h}$$

Niezbędna liczba robotników:

$$n^{r} = \frac{Q_{sr}}{Q_{N}^{r}} = \frac{27,238\frac{m^{3}}{h}}{16,667\frac{m^{3}}{h}} = 1,634$$

Przyjęto: n=2 robotników.

Przyjęto zespół złożony z 5 betoniarzy i 2 robotników.

4. ZAGOSPODAROWANIE PRZYOBIEKTOWE TERENU

4.1. PARAMETRY TECHNICZNE URZĄDZEŃ STOSOWANYCH

Zastosowane urządzenie do podawania mieszanki w każde zaplanowane miejsce układania musi równocześnie spełniać następujące zależności:

$$\left\{ \begin{matrix} Q_{\text{tech}} \geq Q_{sr} = Q_{n}\ \\ I_{z} \geq I_{\text{zn}} \\ I \geq I_{n} \\ h_{n}^{-} \geq h^{-}\text{\ \ \ \ \ }\text{\ \ \ h}^{-} \geq h_{n}^{+} \\ \end{matrix} \right.\ $$

gdzie:
Q_tech, Q_śr = Q_n -wartości przyjętej i niezbędnej wydajności technicznej pompy, [m³/h],

l_z, l_zm -wartości przyjętego oraz niezbędnego zasięgu tłoczenia pompy, [m],

l, l_n -wartości przyjętego oraz niezbędnego wysięgu rozdzielacza mieszanki, [m],

h_n^-, h^-, h⁺, h_n⁺ -graniczne wartości przyjętej i niezbędnej wysokości podawania, [m].

4.2. WYDAJNOŚĆ POMPY

Przyjęto niezbędną wydajność pompy:

$Q_{n} = Q_{sr} = 27,238\frac{m^{3}}{h}$

4.3. ZASIĘG TŁOCZENIA POMPY

Przyjęto na podstawie monogramu:

l_zm = 40, 5m

4.4. WYSIĘG ROZDZIELACZA

O niezbędnym wysięgu decyduje jego ustawienie rozdzielacza względem obiektu oraz bryła obiektu
i obszar układania mieszanki.

RYS. 5. Odległość ustawienia pompy względem konstrukcji.

Niezbędny wysięg rozdzielacza przy podawaniu mieszanki na obszar po rzucie prostokąta można określić ze wzoru :

$$l_{n} = \sqrt{{(l_{0} + l_{b})}^{2} + {l_{a}}^{2}}$$

gdzie:

l_o - odległość od osi pionowej obrotu wysięgnika do obiektu, [m],

l_b - długość obszaru układania mieszanki w kierunku osi wzdłużnej podwozia, [m],

l_a - długość obszaru układania mieszanki w kierunku osi poprzecznej podwozia, [m].

l_o = 0,5m+2,5m+3,5m=6,5 m

l_a = 22,5m

l_b = 14m

$$l_{n} = \sqrt{{(6,5m + 14,0m)}^{2} + {17,5m}^{2}} = 26,95m$$

RYS. 6. Niezbędny wysięg ln rozdzielacza pompy samochodowej przy podawaniu mieszanki.

4.5. WYSOKOŚĆ PODAWANIA

$$\left\{ \begin{matrix} h_{n}^{-} = h_{b} \\ h_{n}^{+} = h_{b} + h_{e} + h_{0} \\ h_{0} = max(h_{\text{ml}};h_{\text{mo}}) \\ a_{\text{bm}} = 0,7m \\ \end{matrix} \right.\ $$

gdzie:

h_b - wysokość od poziomu ustawienia podpór do poziomu spodu betonowanego elementu, [m],

h_e - sumaryczna wysokość warstw układanej mieszanki, [m],

h_o - zakres regulacji wysokości wylotu rury spustowej nad układaną mieszanką, [m],

h_bm - wysokość bezpiecznego manewrowania (h_ml = 2,5m - wysokość nad poziomem, na którym znajdują się ludzie,

h_mo = 0,5m - wysokość nad stałymi elementami obiektu), [m],

a_bm - odległość bezpiecznego manewrowania, czyli odległość od krawędzi obiektu lub przestrzeni pracy do najbliższego punktu obrysu elementu wysięgnika, [m].

Przyjęto:

h_b = 8,0m

h_e = 1,2m

h₀ = 2,5m

h_bm = 2,5m

a_bm = 0,7m

$$\left\{ \begin{matrix} h_{n}^{-} = 8,0m \\ h_{n}^{+} = 11,7m \\ \end{matrix} \right.\ $$

4.6. PRZYJĘCIE POMPY

Dobór pompy dokonano na podstawie nomogramu dla wyliczonych danych:

- niezbędna wydajność $Q_{n} = 27,238\ \frac{m^{3}}{h}$

- niezbędny wysięg l_n = 26, 95m

- wysokość podawania h_n⁻ = 8, 0m ; h_n⁺ = 11, 7m

Przyjęto: pompę KCP 45ZX5-170

RYS. 7. Pompa KCP 45ZX5-170

RYS. 8. Graniczny wysięg pompy KCP 45ZX5-170