1. ZDJĘCIE I SPRYZMOWANIE ZIEMI ROŚLINNEJ

Na działce o powierzchni 16 000 [m²] zaplanowano roboty ziemne:

• Zerwanie warstwy humusu 0,1 [m],

• Wywiezienie humusu na odległość 2 [km],

• Wykonanie wykopu pod fundament o wymiarach 20x20x1,5 [m],

• Wywiezienie urobku na odległość 2 [km].

Powierzchnia prac ziemnych

Pochylenie skarp wykopu:

-grunt kategorii II, skarpa obciążona, głębokość wykopu do 3 [m],

- wymagane pochylenie 1:1.

Ława fundamentowa:

-szerokość fundamentu: 1,20 [m],

- wysokość fundamentu: 0,50 [m],

- szerokość ściany: 0,25 [m].

1.1 Obliczenie wielkości robót ziemnych

Całkowita objętość warstwy humusu, którą trzeba usunąć z działki wynosi:

Całkowita objętość wykopu pod fundament obliczymy z wzoru Simpson'a:

Gdzie:

Ostatecznie otrzymujemy:

Objętość gruntu na odkład obliczamy ze wzoru :

Gdzie:

V_W – objętość wykopu według wzoru Simpson’a

V_B – objętość wykopu pod budynek

Otrzymujemy, że objętość odkładu jest równa:

1.2 Przyjęcie zestawu maszyn, określenie schematu ich pracy

Do wykonania czynności zerwania humusu przyjmujemy następujące maszyny:

• Spycharka kołowa Caterpillar 834H:

- Wymiary lemiesza: 5074x1461 [mm],

- pojemność lemiesza: 7,9 [m³],

- moc: 372 [kW].

• Ładowarka kołowa Caterpillar 988H:

- Pojemność łyżki: 5 [m³],

- moc: 354 [kW].

• Samochody samowyładowcze DAF CF 85 430 8x4:

- Ładowność: 18 [t],

- pojemność skrzyni: 18 [m³],

- moc: 318 [kW].

Przyjmujemy, że humus zostanie zepchnięty na jedną pryzmę znajdującą się na środku działki w odległości 30m od granic działki, tak jak przedstawiono na rysunku poniżej.

Praca spycharki

Kierunek spychania humusu na pryzmę

Obliczanie wydajności pracy spycharki ze wzoru:

Gdzie:

Q₀ – Wydajność eksploatacyjna spycharki w konkretnym gruncie

T_c – czas cyklu pracy spycharki w konkretnym gruncie

q – pojemność lemiesza mierzona objętością gruntu rodzimego

S_s – współczynnik spoistości gruntu (odwrotność współczynnika spulchnienia)

S_n – współczynnik napełnienia lemiesza

S_w – współczynnik wykorzystania czasu pracy w czasie zmiany

Czas cyklu pracy spycharki w konkretnym gruncie obliczamy ze wzoru:

Gdzie:

t_st – czas stały zależny od rodzaju maszyny

t_zm –czas zmienny zależny od mocy spycharki

Czas stały obliczamy ze wzoru:

Gdzie:

t_zb – czas zmiany biegu

t_zk –czas zmiany kierunku jazdy

t_po – czas podnoszenia i opuszczania lemiesza

Czas zmienny obliczamy ze wzoru:

Gdzie:

L_s – droga odspajania do czasu uzyskania pełnego lemiesza

L_p –droga przemieszczania z urobkiem

v_s – prędkość podczas odspajania

v_p – prędkość przemieszczania z urobkiem

v_pw –prędkość powrotna

Pojemność lemiesza określona jest wzorem:

Gdzie:

l – długość lemiesza

a –wysokość lemiesza

ψ –kąt tarcia wewnętrznego

μ –współczynnik utraty urobku

Dla naszej spycharki otrzymujemy:

l = 5,07 [m]

a = 1,46 [m]

tgψ = 2/3

μ = 1

Stąd otrzymujemy pojemność lemiesza równą:

W praktyce jednak stosuje się wzór:

Gdzie:

L_s – długość odspajania gruntu

l – długość lemiesza

h – głębokość wykopu

Możemy więc, korzystając ze wzoru (6), obliczyć maksymalną długość odspajania gruntu, ponieważ mamy daną pojemność lemiesza spycharki q=8,105 [m³], długość lemiesza l = 5,07 [m] oraz głębokość wykopu h = 0.1 [m]. Otrzymujemy więc:

Przyjmujemy, że droga odspajania wynosi 14,5 [m]. Daje nam to dwa cykle odspaja­nia, czyli drogę 29 [m]. Na początku założyliśmy jednak, że odległość pryzmy od granic działki wynosi 30m, jednakże pozostały 1 [m] będzie zajęte przez pryzmę, więc możemy przyjąć, że jeden cykl ograniczy się do dwóch odspojeń na długości 14,5 [m] każdy. Pozostałą część humusu odspoi ładowarka, której szerokość lemiesza jest równa 3,3m

Obliczamy czas zmienny pracy spycharki. W poniższej tabeli przedstawiono jeden cykl pracy spycharki na drodze 29 [m]. Zauważmy, że dla nas czas jednego cyklu pracy spycharki to czas w jakim spycharka odspoi cały pas 29 metrowy humusu. Ponadto we wzorze pojemność lemiesza, czyli ilość humusu odspojonego w czasie jednego cyklu będzie równa podwojonej pojemności lemiesza spychar­ki, gdyż spycharka w czasie jednego cyklu dwa razy napełni lemiesz. Przyjęto prędkości:

Droga odspajania: 29 [m]
Droga zwożenia humusu: 14,5 [m]

Droga powrotna: 43,5 [m]

Całkowity czas odspajania:
Całkowity czas zwożenia humusu:
Całkowity czas powrotu:

Ostatecznie otrzymujemy, że czas zmienny jednego cyklu pracy spycharki wynosi:

W naszych obliczeniach przyjmujemy, że czas jednego cyklu wynosi 53 [s].

Obliczamy ze wzoru (3) czas stały pracy spycharki dla jednego cyklu. Przyjęto następujące czasy dla:

t_zb = 5 [s]

t_zk = 10 [s]

t_po = 10 [s]

Czas stały jest więc równy:

Ostatecznie czas cyklu pracy spycharki, ze wzoru (2) wynosi:

Na koniec wracamy do wzoru (1) i obliczamy wydajność pracy spycharki Q₀. Przyjmujemy współczynniki S_s S_n S_w równe odpowiednio:

S_s = 0,87

S_n = 1,00

S_w = 0,80

Otrzymujemy więc:

Wydajność spycharki zwiększona jest dwu krotnie, ponieważ podczas jednego cyklu lemiesz napełniany jest dwa razy.

Obliczamy czas jaki zajmie spycharce odspojenie i umieszczenie gruntu na pryzmie:

Wynika z tego, że w ciągu pierwszego dnia spycharka wykona całą swoją pracę.

Wydajność ładowarki obliczamy ze wzoru:

Gdzie:
S_t – współczynnik trudności odspajania = 0,95 dla kategorii gruntu II
Pozostałe zmienne jak dla spycharki

Czas cyklu pracy ładowarki obliczamy ze wzoru:

Gdzie:

t_n - czas napełnienia łyżki,

t_ut - czas manewrów w celu ustawienia się ładowarki do przejazdu z gruntem (lub innym materiałem),

t_jw - czas przejazdu do miejsca wyładunku,

t_pw - czas podniesienia łyżki do wyładunku,

t_op - czas opróżnienia łyżki,

t_ujp - czas manewrowania w celu rozpoczęcia jazdy powrotnej,

t_jp - czas jazdy powrotnej,

t_mp - czas manewrowania w celu rozpoczęcia kolejnego cyklu pracy,

t_zb - czas zmiany biegów w czasie całego cyklu pracy ładowarki.

Jednakże dla naszych potrzeb (rozbieranie pryzmy) wystarczy wzór:

Przyjęto następujące czasy:

t_n – 10s

t_pw – 7s

t_op – 3s

t_mp – 5s

t_zb – 7s

Stąd otrzymujemy czas jednego cyklu pracy podstawiając do wzoru (9) powyższe wartości:

Ostatecznie otrzymujemy wydajność pracy ładowarki korzystając ze wzoru (7):

Obliczamy czas pracy ładowarki w celu załadunku gruntu na samochody:

Wynika z tego, że ładowarka wykona swoją pracę, podobnie jak spycharka, w ciągu jednego dnia. Pozostaje nam do policzenia ilość samochodów potrzebnych do zapewnienia ciągłej pracy ładowarki. Pojemność jednostki transportowej ob­liczamy z wzoru:

s

Gdzie:

N – nominalna nośność pojazdu = 18 [t]

γ₀ – ciężar objętościowy gruntu = 2,15 [t/m^3]

S_s – współczynnik spoistości gruntu = 0,83

Otrzymujemy:

Liczbę cykli pracy ładowarki niezbędną do napełnienia samochodu obliczamy ze wzoru:

Gdzie:

S_n –współczynnik napełnienia łyżki gruntem

q – pojemność geometryczna naczynia roboczego ładowarki

Dla naszej jednostki wartości powyższych danych są równe:

P_jt – 10,1 [m³]

q – 5 [m^3]

S_n – 0,8

Ostatecznie liczba cykli pracy ładowarki wynosi:

Zaokrąglamy liczbę cykli do n_c=3. Obliczamy teraz potrzebny czas na załadowanie jednego samochodu ze wzoru:

Gdzie:

T_c – czas cyklu pracy dla koparki

S_w1 – współczynnik organizacji czasu pracy

S_w2 – współczynnik organizacji czasu pracy

W naszym przypadku S_w1 = 0,96 oraz S_w2 = 0,80, stąd otrzymamy:

Czas jednego cyklu pracy samochodu obliczamy ze wzoru:

Gdzie:

t_p – czas podstawienia pod załadunek

T_z – czas załadunku

t_w – czas wyładunku

t_pj – czas przejazdu do miejsca wyładunku i powrotu

W naszym przypadku t_p= 72 [s] oraz t_w=180 [s]. Pozostaje nam policzenie wartości t_pj, ze wzoru:

Gdzie:

L – odległość przewozu urobku

v_sr – średnia prędkość jazdy w obu kierunkach

Przyjmujemy średnią prędkość v_sr=25 [km/h] oraz daną odległość L=2 [km], stąd otrzymujemy:

Ostatecznie otrzymujemy czas jednego cyklu pracy samochodu równy:

Przykładowy cykl pracy samochodu

Ilość samochodów potrzebnych do zapewnienia ciągłej pracy koparki definiuje poniższy wzór:

Gdzie:

k – współczynnik pogodowy = 1,03

Wynika z tego, że liczba potrzebnych samochodów wynosi:

Poniżej na wykresie przedstawiono 9 cykli pracy samochodów i sposób w jaki samochody współpracują ze sobą. Warto zauważyć, że między samochodami występuje mała luka czasowa w pobliżu czasu t_p. Oznacza to, że koparka w tym miejscu będzie czekała na kolejny samochód. Jednakże czas oczekiwania nie będzie duży. Jest to różnica między czasem załadunku i czasem podstawienia się pod załadunek, czyli T_z —t_p = 125[s] — 72[s] = 53 [s].

Ilość samochodów które musi załadować ładowarka wynosi:

Przy przerwie czasowej 12 sekundy dla każdego samochodu, daje nam to czas przestoju koparki t_ps równe:

Daje nam to sumaryczny t_k czas potrzebny na wywiezienie humusu:

Ostateczny czas potrzebny na wykonanie robót związanych z usunięciem humusu, to jeden dzień.

2.2 Fundament

W czasie prac nad wykopem fundamentu ustalamy, że maszyną wiodącą jest koparka. Dla koparki obliczmy potrzebną ilość samochodów, do zapewnienia jej ciągłej pracy. Do wykonania czynności wykopania fundamentu przyjmujemy następujący zestaw maszyn:

• koparka gąsienicowa Caterpillar 319D L,

• samochody samowyładowcze DAF CF85.430 8×4, jak dla prac zerwania humusu.

Dane techniczne koparki gąsienicowej Caterpillar 319D L:

• Maksymalna głębokość wykopu 5.50 [m],

• pojemność robocza łyżki w zależności od rodzaju gruntu od 0.17 [m³]do [],

• moc 93 [kW].

Zasięg kopania koparki, przy wykopie do dwóch metrów wynosi R = 5 [m]. Po­jemność łyżki
q = 1.0[m³]. Schemat pracy koparki został przedstawiony na po­niższym rysunku. Wartość x oznacza miejsce, od którego koparka zacznie pracę na odkład.

Wartość x obliczamy z równania:

Stąd:

Wydajność pracy koparki obliczamy ze wzoru:

Gdzie:

n - liczba cykli pracy koparki w minucie efektywnej pracy,

q - pojemność robocza łyżki,

S_n - współczynnik napełnienia naczynia,

S_t - współczynnik trudności odspojenia gruntu,

S_w1 - współczynnik wykorzystania czasu pracy, ze względu na ilość zmian pozycji,

S_w2 - współczynnik wykorzystania czasu pracy, zależnie od rodzaju pracy koparki (na odkład, na samochód)

Liczbę cykli w minucie efektywnej pracy obliczamy ze wzoru:

Gdzie:

T_c – czas cyklu pracy

Czas T_c = 15 s, przyjęto na podstawie tabeli 3.13 str. 217 książki Technologia i organizacja procesów inżynieryjnych budownictwa miejskiego autorstwa Leona Rowińskiego. Stąd otrzymujemy:

Odpowiednio współczynniki są równe S_n = 0.7, S_t = 0.95, S_w1 = 0.96, a współ­czynnik S_w2 w zależności od rodzaju pracy jest równy 0.8 przy pracy z samo­chodem oraz 0.87 przy pracy na odkład. Czas pracy koparki dany jest wzorem:

Gdzie:

V_s – pojemność wykopu, która trafi na samochód

V₀ –pojemność wykopu na odkład

Q₁ – wydajność pracy koparki Sw2=0,8

Q₂ – wydajność pracy koparki Sw2=0,87

Czas pracy jest równy:

Obliczmy teraz ilość samochodów potrzebnych do zapewnienia ciągłej pracy koparki. Liczbę cykli pracy ładowarki n_c, potrzebną do napełnienia samochodu, obliczamy z wzoru (11), gdzie:

Czas potrzebny do załadowania jednego samochodu jest równy:

Czas jednego cyklu pracy samochodu obliczamy ze wzoru (13), przyjmując czasy t_w, t_p, t_pj jak dla ładowarki otrzymujemy:

Ilość samochodów obliczamy ze wzoru (15):

Ostatecznie otrzymujemy, że czas wykonania wykopu nie powinien przekroczyć 5 dni.

3. Zestawienie maszyn

Do pracy na budowie zostały użyte następujące maszyny

- spycharka kołowa Caterpillar 834H,
- ładowarka kołowa Caterpillar 988H,
- samochody samowyładowcze DAF CF 85 430 8x4,
- koparka gąsienicowa Caterpillar 319D L.

4. Koszt pracy

Koszt pracy poszczególnych maszyn:

- spycharka kołowa Caterpillar 834H = 150 zł za godzinę pracy,

- ładowarka kołowa Caterpillar 988H = 1900 zł za dobę,
- samochody samowyładowcze DAF CF 85 430 8x4 = 80 zł za godzinę,
- koparka gąsienicowa Caterpillar 319D L = 1300 zł za dobę.

Koszt szacowany wyniesie:

Literatura:

• Technologia i organizacja procesów inżynieryjnych budownictwa miejskiego autorstwa Leona Rowińskiego

• [N1] PN 81 B 03020 Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli