Zagęszczalnośd jest to zdolnośd gruntu do osiągania maksymalnych gęstości objętościowych szkieletu
gruntowego. ZwiÄ…zana jest ze wskaz
nikiem różnoziarnistości U=d60/d10. Grunty uważa się za
różnoziarnisty gdy U > 5. Grunty w przedziale od 3 do 5 są niez
le zagęszczalne. Gdy U<3 są kłopoty z
zagęszczeniem a poniżej 2 jest ono praktycznie niemożliwe.
Zagęszczenie gruntów w nasypie może byd osiągnięte przez regulowany ruch pojazdów
transportujących grunt i przez sztuczne zagęszczenie za pomocą specjalnych maszyn.
Przy transporcie kołowym należy regulowad ruch pojazdów i używad równiarek lub spycharek do
stałego równania powierzchni nasypu. Zaciera to ślady przejeżdżających wozów i uniemożliwia jazdę
tymi samymi koleinami. Przy dostatecznie cienkich warstwach ( 0,3  0,5m ) i wilgotności bliskiej
optymalnej transport gąsienicowy i kołowy dają dośd dobre wstępne zagęszczenie co zmniejsza
nakład pracy właściwych maszyn zagęszczających ( walców, wibratorów, ubijaków itp. )
Ustalone na podstawie laboratoryjnych badao wymagania dotyczÄ…ce potrzebnych wskaz
ników
zagęszczenia gruntów powinny byd potwierdzone badaniami poligonowymi, które pozwolą na
ustalenie optymalnego sposobu zagęszczania danego gruntu odpowiednimi maszynami. Należy
zbadad przy jakiej grubości warstw gruntu i po ilu przejściach maszyn uzyskuje się najlepsze rezultaty
zagęszczenia. W tym celu należy przeprowadzid badania na specjalnych poletkach doświadczalnych
wydzielonych na części formowanego nasypu.
[ Poletko doświadczalne o podłożu z badanego gruntu powinno mied pasy o wymiarach 50 x 3 m dla
każdej maszyny. Przed usypaniem gruntu należy podłoże splantowad ze spadkami, zapewniającymi
jego dobre odwodnienie i dokÅ‚adnie zagęścid do wymaganego Ád. Na tak przygotowanym podÅ‚ożu
usypuje się grunt o wilgotności naturalnej warstwa o zmiennej miąższości od grubości równej 2/3
normalnie stosowanej ( dla danego gruntu i maszyny) do 1 ½ normalnej gruboÅ›ci warstwy. WstÄ™pne
zagęszczenie przeprowadza się przejściem spycharek i środków transportu jak przy normalnym
wykonywaniu robot. Następnie przeprowadza się zagęszczenie maszynami. Po 1,2,4,6, i 8 przejściu
oznacza siÄ™ Á i w zagÄ™szczonego gruntu w co najmniej 10 punktach, rozmieszczonych równomiernie
wzdłuż poletka, pobierając próby na cala grubośd zagęszczonej warstwy gruntu. Po obliczeniu
gÄ™stoÅ›ci Ádi i Å›redniej arytmetycznej należy sporzÄ…dzid wykres zagÄ™szczalnoÅ›ci gruntu w zależnoÅ›ci od
liczby przejśd maszyny oraz ustalid jaka maszyna daje ekonomiczne rezultaty. ]
Maszyny do zagęszczania
Maszyny do zagęszczania obejmują różne typy urządzeo, ale w budowie dróg najszerzej stosowane są
walce. Wyróżnia się następujące podstawowe rodzaje walców:
·ð gÅ‚adkie stalowe ( statyczne )  najczęściej samojezdne, kola sÄ… stalowymi bÄ™bnami o Å›rednicy
od około 0,5  2,0m i szerokości 0,5  2,5m. Koła mogą byd ustawione w różnych układach (
trójkołowe, tandemowe). Zastosowanie: - przy zagęszczaniu nasypów są mało wydajne
stosowane raczej rzadko. Używane są do zagęszczania warstw konstrukcyjnych nawierzchni.
·ð na koÅ‚ach ogumionych  sÅ‚użą do zagÄ™szczania gruntów spoistych, sypkich, warstw
konstrukcyjnych nawierzchni czy MMA. Nie nadają się do gruntów skalnych i piasków
równoziarnistych. Dwa rodzaje  samojezdne i przyczepne. Walce samojezdne maja 2 osie z
kołami, ślady przejścia kol osi przedniej i tylnej uzupełniają się. Ciężar całkowity walców do
350 kN, najczęściej 100  150kN, obciążenie na koło 10 - 20kN ( max 30kN). Powierzchnia
przekazywania nacisku jest stosunkowo duża. Przy duzym nacisku na kolo zagęszczanie może
odbywad się w grubszych warstwach niż w przypadku walców gładkich ( 30  40 cm w
zależności od nacisku i zagęszczalności gruntu). Ciśnienie kontaktowe z zagęszczonym
materiałem jest mniejsze niż dla walców stalowych. Można zagęszczad nawet miękkie
kruszywo ( np. wapieo ) bez obawy o miażdżenie ziaren.
·ð okoÅ‚kowane  wyposażone sÄ… w bÄ™bny, na których znajduje siÄ™ pewna liczba wystÄ™pów
zwanych kołkami. Kołki są o przekroju kołowym lub prostokątnym, długośd około 15-25cm.
Podstawowe zastosowanie to zagęszczenie nasypów z gruntów spoistych i pylastych. Są
niezastąpione w zagęszczaniu gruntów zbrylonych ( np. przesuszone grunty spoiste),
nieprzydatne do gruntów sypkich i warstw konstrukcyjnych nawierzchni.
·ð wibracyjne  elementem roboczym jest bÄ™ben toczÄ…cy siÄ™ po podÅ‚ożu ( oddziaÅ‚ywanie masy )
a jednocześnie przekazujący na grunt impulsy  wibracja scharakteryzowana amplitudą i
częstotliwością drgao. Wibrację wywołuje masa umieszczona mimośrodowo wewnątrz bębna
i obracająca się ze znaczna prędkością kątową. W walcach wibracyjnych jest możliwośd
zmiany amplitudy drgao ( zmiana mimośrodu ) i częstotliwości drgao ( zmiana prędkości
kątowej ). Prędkośd powinna byd utrzymywana w zakresie 3  6 km/h, częstotliwośd dla
gruntów najczęściej 25  35 Hz, amplituda zależy od grubości warstw ( większa dla
grubszych). Zastosowanie: przede wszystkim materiały o dużym tarciu wewnętrznym czyli
grunty gruboziarniste podbudowy drogowe czy też MMA. Jako jedyne umożliwiają
zagęszczenie gruntów trudno zagęszczanych ze względu na równoziarnistośd.
·ð oscylacyjne  Cechy: oddziaÅ‚ywajÄ… na podÅ‚oże jak koÅ‚yska  dziaÅ‚anie ugniatajÄ…ce przy
jednoczesnym przekazywaniu drgao, sÄ… efektywne co najmniej jak wibracyjne, kontrolowana
głębokośd działania drgao, można stosowad przy wiaduktach i w sąsiedztwie budynków, nie
powodują wtórnego rozluz
niania powierzchni warstwy gruntu.
Innym sposobem zagęszczania wielkowymiarowych nasypów może byd metoda ubijania.
Metoda wdrożona w 1969 roku przez francuskiego inżyniera Louisa Menarda która polega na
zagęszczeniu gruntu uderzeniami spadającego ubijaka z dużej wysokości. W wyniku fali uderzeniowej
grunt ulega zagęszczeniu tj. nieodwracalnej zmianie porowatości ośrodka. Efektywnośd zagęszczania
zależy od stanu, struktury i głębokości zalegania gruntu, jak również rodzaju ubijania. Kolejne punkty
udarowe rozmieszcza się w taki sposób, aby strefy oddziaływania w gruncie stykały się ze sobą lub
lekko na siebie zachodziły.
 Schemat dynamicznego zagęszczania DC
Odmiany ubijania wgłębnego:
·ð Ubijanie  lekkie  ( ang. tamping ) masa ubijaka zwykle 1,5 do 4 ton. GÅ‚Ä™bokoÅ›d
wzmocnienia od 1,5 do 4m. Przy ubijaniu punktowym w siatce 2x2 bÄ…dz
4x4m można uzyskad
wzmocnienie do 6m;
·ð Ubijanie  ciężkie  ( ang. dynammic consolidation, heavy tamping )  ubijaki o masie 8  40
ton zrzucanych z wysokości 10 do 30 m. Wzmocnienie podłoża do głębokości 10-20m,
wyjątkowo więcej. W gruntach spoistych ubijanie następuje etapowo, gdyż konieczne jest
rozproszenie wzbudzonej nadwyżki ciśnienia wody w porach;
·ð Ubijanie  szybkie  ( ang. rapid impact compaction)  specjalna koparka gÄ…sienicowa z
prowadnicą i młotem hydraulicznym zrzuca i podnosi 7-tonowy ubijak z wysokości około 1,2
metra z częstotliwością 40 do 60 uderzeo/ minutę. Głębokośd wzmocnienia około 5m, w
sprzyjajÄ…cych warunkach dochodzi do 8-10m;
Maszyny do zagęszczania dynamicznego Zakres oddziaływania
Kontrola zagęszczenia nasypów
Nieodzownym warunkiem właściwego wykonania nasypu jest stała kontrola robot ziemnych i
prowadzenie dziennika zagęszczenia nasypu z podaniem jakości gruntów, grubości warstw, użytego
sprzętu i liczby jego przejazdów oraz wyników badao wskaz
nika zagęszczenia i stopnia wilgotności
próbek gruntu.
Kontrola ta obejmuje:
- stosowane właściwych materiałów gruntowych oraz ich ulepszanie w razie potrzeby przez
nawilgocenie lub podsuszenie albo stabilizacje wapnem, popiołami itp.
- ekonomiczne operowanie zagęszczeniem za pomocą Śródków transportu i specjalnych maszyn
Kontrola zagęszczenia nasypu może byd wykonywana następującymi sposobami:
- badaniami laboratoryjnymi
- doraz
nymi badaniami makroskopowymi
- doraz
nymi badaniami za pomocÄ… penetrometru ( sondy )
- badaniami radiometrycznymi
- próbnymi obciążeniami
Do szybkiego wyznaczania miejsc wątpliwego zagęszczenia gruntu nasypowego zaleca się
wykorzystad przejścia ciężkiego pojazdu, skierowanego ukośnie do kierunku ruchu samochodów
transportowych lub zgarniarek, używanych przy formowaniu nasypu. Głębokośd powstających kolein
umożliwia zorientowanie się w stanie zagęszczenia warstwy i pozwala wykonad odpowiednie badania
kontrolne.
Badania laboratoryjne obejmują oznaczenie wilgotności i gęstości objętościowej, wskaz
nika
zagęszczenia i stopnia zagęszczenia, uziarnienia i granic konsystencji. Podstawowymi badaniami są
oznaczenia gęstości i wilgotności. Pozostałe badania wykonuje się w celu identyfikacji gruntów.
Próbki gruntów pobiera się zwykle za pomocą cienkościennego cylindra o pojemności 1 litra. Sposób
jest jednak dośd uciążliwy gdyż w dobrze zagęszczony grunt cylinder wchodzi bardzo opornie i należy
mu pomagad przez obcinanie oraz wybieranie gruntu obok ostrza i przez nacisk na cylinder od góry.
Najlepsza metoda jest stosowanie wolumenometru po wybraniu gruntu za pomocÄ… odpowiedniej
łyżki. Sposób ten można stosowad w każdym gruncie. Po wybraniu gruntu i dokładnym jego zważeniu
należy określid pojemnośd powstałego dołka za pomocą cylindra piaskowego lub cylindra z
woreczkiem gumowym wypełnionym woda ( stosuje się również wypełnienie dołka zaczynem
gipsowym i pomiar objętości bryły gipsowej ). Bardzo ważna jest właściwa głębokośd pobrania próbki;
próbki należy pobierad z całej wysokości zagęszczonej warstwy. W przypadku trudności ustalenia
granicy dla zagęszczonej warstwy należy pobrad próbkę o wysokości równej co najmniej 0,8 grubości
warstwy przed zagęszczeniem.
Doraz
ne badania makroskopowe polegajÄ… na oznaczeniu rodzaju gruntu spoistego i jego stanu
metoda wałeczkowania. Grunty spoiste które dają się wałeczkowad są zbyt wilgotne, natomiast z
gruntów o wilgotności bliskiej optymalnej można uformowad jedynie 8 milimetrowa kulkę , która
pęka przy pierwszej próbie wałeczkowania.
Badania makroskopowe służą do kontroli jakości gruntów jeszcze przed ich zagęszczeniem. Po
zagęszczeniu zalecza się sprawdzid ich wskaz
nik za pomocÄ… sondy. Badanie sondÄ… polega na
wyznaczeniu liczby uderzeo potrzebnych na każde 10 cm wpędu trzpienia stożkowego. Standardowa
liczbę uderzeo należy ustalid dla każdego typowego gruntu w danym terenie na podstawie
sondowania w miejscach z laboratoryjnie określonym stopniem ( lub wskaz
nikiem ) zagęszczenia
gruntu. W jednorodnie zagęszczonych warstwach obserwuje się na każde 10 cm wpędu sondy
równomierny schodkowy przyrost liczby uderzeo od powierzchni warstwy do głębokości nominalnej
zn = 1  1,5m, głębiej zaś przyrost ten jest nieznaczny.
Przykładowe obliczenia dla sondy SD10:
ID = 0,071 + 0,429 x log N10
gdzie: N10  ilośd uderzeo młota przypadające na każde 10 cm zagłębienia sondy SD-10
Do głębokości z = 0,6m stosuje się skorygowaną liczbę młota sondy Nkor = N10 x 0,6/z
Badania radiometryczne są bardzo szybka metoda oznaczenia gęstości i wilgotności. Do tego celu
nadaje się tylko aparat widełkowy, który pozwala przeprowadzid oznaczenia na wysokości całej
warstwy zagęszczonej; aparaty typu żelazka maja zbyt mały zasięg ( do kilkunastu centymetrów).
warunkiem nieodzownym jest przeprowadzenie dokładnego tarowania aparatu radiometrycznego i
ustalenie zależności wskazao aparatu od cechy gruntów, zbadanych metodami dokładnymi. Bardzo
duża niedogodnością tych badan są wymagania bhp i mała trwałośd przyrządów.
Bardzo pomocne przy badaniu zagęszczania są próbne obciążenia gruntu za pomocą płyt stalowych
np. VSS. Płytę należy położyd na wyrównanej powierzchni podłoża; ustawid siłownik i dynamometr,
zadad wstępne naprężnie 0,02 MPa. Następnie montujemy czujniki i trójnogi stelaż. Kolejnym
krokiem jest doprowadzenie naprężenia 0,05 MPa pod płytą za pomocą siłownika. Odczyty robimy co
2 min. Jeżeli różnica dwóch kolejnych odczytów jest mniejsza niż 0,05 mm możemy przejśd do
następnego obciążenia.
Wartości obciążenia: 0,02 (wstępne); 0,05; 0,01; 0,15; 0,20; 0,25;
Po osiągnięciu 0,25 MPa należy odciążyd grunt stopniami po 0,1 MPa do 0,05 MPa i ponownie
obciążyd do 0,25 MPa. Uzyskujemy wynik modułu odkształcenia pierwotnego E0, wtórnego E oraz
wsk. odkształcenia I0. Badanie charakteryzuje strefę do głębokości 30-50 cm poniżej płyty.
Moduł odkształcenia podłoża określamy wzorem:
E=
"p - przyrost jednostkowego obciążenia *MPa+
"s - przyrost przemieszczenia płyty *mm+
D - średnica płyty obciążającej *mm+
Wskaz
nik odkształcenia I0:
I0= - stosunek wtórnego modułu odkształcenia do pierwotnego
Wartości I0 nie powinna byd większa od:
·ð żwiry, pospółki, piaski
2,2 jeżeli IS 1,0
2,5 jeżeli IS < 1,0
·ð grunty spoiste, drobnoziarniste o równomiernym uziarnieniu ( pyÅ‚y, gliny, pyÅ‚y gliniaste, iÅ‚y) -
2,0
·ð grunty spoiste różnoziarniste - 3,0
·ð narzuty kamienne i rumosze - 4,0
Od pewnego czasu w walcach wibracyjnych stosuje się urządzenia pozwalające na bieżącą kontrolę w
czasie zagęszczenia. Kontrola taka może polegad na:
1. względnej ocenie stanu zagęszczenia
2. ciÄ…gÅ‚ej ocenie konkretnych parametrów gruntu charakteryzujÄ…cych stan zagÄ™szczenia (E,Ád)
3. tzw. inteligentne zagęszczenie
Względna ocena stanu zagęszczenia ( CCC  continuous Compaction Control ). Urządzenie pomiarowe
zainstalowane na walcu mierzy przyspieszenie bębna walca w czasie wibracji. Urządzenie do CCC
oblicza wskaz
nik charakteryzujący jakośd zagęszczenia ( zmianę między kolejnymi przejściami walca),
nie podaje jednak Is, E Ád. Operator na podstawie danych może ocenid, gdzie pracÄ™ zakooczyd, a gdzie
kontynuowad.
 inteligentne zagęszczenie  Jest rozwinięciem systemu w którym jest dokonywany bieżący pomiar
parametrów gruntu charakteryzujÄ…cych stan zagÄ™szczenia ( E Ád ). Na podstawie podanego moduÅ‚u
następuje korekta i dobór optymalnych dla danej chwili parametrów  prędkości, amplitudy i
częstotliwości. Zagęszczenie luz
nego gruntu ( pierwsze przejścia ) automatycznie odbywa się przy
dużej amplitudzie i małej częstotliwości a koocowe przejścia odwrotnie.
W razie stwierdzenia niedostatecznego zagęszczenia nasypu należy nie tylko zmienid reżim
zagęszczania, lecz i usunąd stwierdzone niedogęszczenie, stosując cięższe walce lub ubijaki.