Vzdelávacie centrum

Hutnicí technika ve stavební praxi

Ing. Plecháč, technik DEK půjčovny stavebních strojů a nářadí, se zaměřil na technologii hutnění a volbu správných strojů pro hutnění zemin.

Z českých luhů a hájů

V našem okolí se setkáváme s relativně běžnými situacemi propadlých chodníků, cest, parkovišť, venkovních ploch a stavebních zásypů různého typu. Některé případy ukazují následující fotografie.

1 a 2 - Stěna garáží přilehlá ke svahu byla dodatečně izolována hydroizolačními asfaltovými pásy. Výkop byl hluboký asi 3 metry. Po provedení prací izolatérů, byl výkop zasypán původní zeminou. Po několika týdnech se část zásypu viditelně propadla a s ní i odvodňovací žlab. Realizační firma se musela vrátit na místo činu, oblast znovu vykopat, zasypat, zhutnit a znovu usadit betonové dílce žlabu.

3 a 4 - Doslova vlnobití zámkové dlažby vzniklo na příjezdové cestě ke skladu. Cesta byla pojížděna nákladními automobily. Po provedení sond do skladby cesty, bylo zjištěno, že dlažba byla položena do lože z drceného kamene frakce 4 až 8 mm, ale pod ním byla již navážka, kterou byl terén v minulosti vyrovnáván.

5 a 6 - Po dokončení chodníku se propadla dlažba kolem sloupu veřejného osvětlení i nad vedením přívodního kabelu. Další defekty se vyskytují podél obrubníku.

7 a 8 - Čtyři důlky v parkovacím stání pro osobní automobil, jak běžné…

V některých z uvedených případů byl nevhodný podklad, někde možná bylo zatížení příliš velké, ale ve všech případech byl podklad nedostatečně zhutněn.

Pojďme se tedy v dalším textu podívat na technologii hutnění a volbu správných strojů pro hutnění zemin.

Hutnění

Principem hutnění je dosažení ustáleného stavu materiálu, který již v čase nemění svůj objem a jeho únosnost vyhovuje předpokládanému zatížení. Zároveň nesmí dojít během hutnění k drcení materiálu, jehož zrnitost by se tím měnila. Během hutnění dochází v materiálu k změně orientace částic, zvyšuje se počet částic v kontaktu a zmenšuje se objem vzduchu mezi částicemi – prostor se zahušťuje, viz následující schéma.

Materiál lze hutnit působením statické síly - např. valící se válec. Efektivnější pro hutnění zemin je ale dynamické působení vibracemi, které lépe upraví orientaci a polohu zrn materiálu. V hutnící mechanizaci jsou vibrace vyvolávány excentrem, jehož parametry určují výslední výkon hutnícího stroje.

Průběh a výsledek hutnění závisí především na druhu zeminy, zrnitosti zeminy a obsahu vody v zemině. Vliv obsahu je na následujících schématech.

Nízká vlhkost vysoké vnitřní tření mezi zrny nízká hustota zeminy vysoká prašnost

Optimální vlhkost nejvyšší zhutnění optimální podmínky pro práci

Vysoký obsah vlhkosti vysoký tlak vody v prostorech mezi zrny - nejde zhutnit nízká hustota zeminy- stroj se „topí“ v zemině

Optimální je tedy přiměřená vlhkost zeminy, ta se liší podle typu zeminy. Pro stavební praxi si můžeme zjednodušeně říci, že během sucha se doporučuje hutněnou zeminu provlhčit a naopak vyvarovat se hutnění zemin, na kterých stojí kaluže. Fotografie 9 a 10 to jasně ilustrují. Optimální je tedy přiměřená vlhkost zeminy, ta se liší podle typu zeminy. Pro stavební praxi si můžeme zjednodušeně říci, že během sucha se doporučuje hutněnou zeminu provlhčit a naopak vyvarovat se hutnění zemin, na kterých stojí kaluže. Fotografie 9 a 10 to jasně ilustrují. Optimální je tedy přiměřená vlhkost zeminy, ta se liší podle typu zeminy. Pro stavební praxi si můžeme zjednodušeně říci, že během sucha se doporučuje hutněnou zeminu provlhčit a naopak vyvarovat se hutnění zemin, na kterých stojí kaluže. Fotografie 9 a 10 to jasně ilustrují.

Hutnící technika
Ve stavební praxi se hutní nejčastěji násypy, zásypy stavební jámy, zásypy inženýrských sítí a podkladní vrstvy pod zpevněnými plochami nebo pod základovými konstrukcemi. V následujících odstavcích jsou popsány typické příklady pracovních činností vyžadujících hutnění a nejvhodnější hutnicí technika, její výhody a nevýhody. Srovnání s doplňujícími informacemi je v tabulce v závěru článku.

Hutnění malých ploch a v nepřístupných místech
Vibrační pěchy jsou základní hutnicí stroje vhodné pro malé plochy, stísněná místa ve výkopech a u stěn. Jsou ručně vedeny, pohon běžně zajišťuje spalovací motor. Manipulace i práce je snadná.

Hutnění podkladních vrstev chodníků a hutnění dlažeb
Pro hutnění štěrkových podkladních vrstev chodníků a pěších cest se používají vibrační desky o hmotnostech 100 až 200 kg. Prvně jmenované bývají jednosměrné (hutní a pohybují se jen ve směru dopředu). Větší desky již bývají vybaveny pojezdem v obou směrech (hutní při pohybu dopředu i dozadu). Manipulace s deskami je ještě zvládnutelná ručně. Pracovní šířka je přibližně 40 až 60 cm.

Tyto desky lze zároveň využít i pro hutnění nášlapných vrstev z dlažeb. Dlažby se musí po položení do lože z písku nebo jemného drceného kameniva zhutnit, jen tak si zachovají správnou rovinnost a spárořez. Aby se povrch dlažby vibrační deskou nepoškrábal, nasazují se na ocelovou desku ochranné pryžové podložky. Výběr desky se provádí s ohledem na tloušťku a velikost dlažby. Desky o hmotnosti kolem 100 kg jsou určeny pro malé formáty dlažeb s tloušťkou do 60 mm. Velké formáty dlažeb se hutní deskami o hmotnosti kolem 200 kg.

Zásady pro hutnění dlažeb lze shrnout do následujících bodů:

• Před hutněním nejprve vyspárovat.
• Šířka desky by měla ideálně být 2 až 3x větší než rozměr dlaždic.
• Začít z nejnižšího místa nahoru.
• Každou část plochy zavibrovat minimálně 4 až 5x.
• Přejíždět od krajů do středu, aby se přejezdy vždy překrývaly o polovinu šířky stroje.

15 – stokilogramová deska při hutnění žulové kostky
16 - dvěstěkilogramová deska při hutnění betonové dlažby většího formátu

Podkladní vrstvy pojížděných ploch nebo plošných základů
Větší mocnosti podkladních vrstev a plochy vyžadují těžší techniku, volí se desky o hmotnostech 400 i více kg. Mocnost hutněné vrstvy může být vyšší, plocha desek je větší, práce je efektivnější. Díky velké styčné ploše s podkladem (šířka deska 60 až 80 cm) jsou ideální pro hutnění hrubého kameniva, desky pak musí mít i co největší hmotnost, obvykle až 1000 kg. Desky mají benzínový nebo naftový spalovací motor a automatický startér. Pravidlem je možnost pohybu deskou vpřed i vzad (označovány jsou reverzní). Manipulace na stavbě musí být zajištěna pomocí zdvihací techniky.

Výkopy inženýrských sítí
Pro hutnění zásypů inženýrských sítí jsou výhodné dálkově ovládané válce. Obsluha je chráněna před zplodinami výfukových plynů, které by se mohly ve výkopu hromadit a zároveň je v bezpečné vzdálenosti od stroje. Válce mají hmotnost kolem 1,5 t, pracovní šířku 60 cm lze zvýšit rozšířením běhounů až na 85 cm. Běhouny mohou být hladké nebo s ježkovými segmenty. Ježkovité segmenty, především u jemnozrnných zemin, promísí povrchovou vrstvu zeminy a zlepšují tak výsledný efekt hutnění. Pro manipulaci na stavbě je nutná mechanizace. Do výkopu může být proveden nájezd, ze kterého válec díky dobré stoupavosti vyjede sám.

Zemní pláně, plošné násypy Pro hutnění plošných násypů lze využít již dříve zmíněných strojů, jejich problémem ale bude malá efektivita na tak velké ploše. Proto se pro velké plochy využívá zeminových válců s širokým pracovním záběrem. Mají univerzální využití při hutnění veškerých typů zemin, kameniva menších až velkých frakcí, navážek apod. Běhoun může být hladký nebo opatřen ježkovými segmenty. Pro hutnění plošných násypů lze využít již dříve zmíněných strojů, jejich problémem ale bude malá efektivita na tak velké ploše. Proto se pro velké plochy využívá zeminových válců s širokým pracovním záběrem. Mají univerzální využití při hutnění veškerých typů zemin, kameniva menších až velkých frakcí, navážek apod. Běhoun může být hladký nebo opatřen ježkovými segmenty. Pro hutnění plošných násypů lze využít již dříve zmíněných strojů, jejich problémem ale bude malá efektivita na tak velké ploše. Proto se pro velké plochy využívá zeminových válců s širokým pracovním záběrem. Mají univerzální využití při hutnění veškerých typů zemin, kameniva menších až velkých frakcí, navážek apod. Běhoun může být hladký nebo opatřen ježkovými segmenty.

21 a 22 - Zeminový válec v provedení s hladkým a ježkovým běhounem

Asfaltové plochy Pro asfaltové kryty cest a vozovek se používají silniční válce. Velikost se volí podle velikosti stavby a šířky komunikace, resp. finišeru. Tyto typy válců jsou vždy opatřeny zkrápěním běhounu. Pro chodníky a cesty se využívají menší válce s pracovní šířkou od cca 60 cm do 150 cm. Menší válce jsou v ručně vedeném provedení, větší jsou již plnohodnotné se sedadlem obsluhy.

Míra a kontrola zhutnění Existuje několik typů polních zkoušek míry zhutnění zemin, založených buď na statickém, nebo dynamickém působení na zhutněnou zeminu. Jednotlivé typy zkoušek podrobně popisuje ČSN 72 1006. Výstupem těchto zkoušek je nejčastěji deformační modul podloží (N/mm), který se porovnává s hodnotou předepsanou v projektu. Ta je navržena podle charakteru provozu na finální konstrukci. V praxi se dále používají také radiometrické přístroje, které měří zhutnění zemin na základě měření objemové hmotnosti.

25 a 26 - Průběh dynamické zatěžovací zkoušky podle ČSN 73 6190. Jde o orientační zkoušku proveditelnou přímo na stavbě. Zkouška je vhodná pro nesoudržné zeminy (písky a štěrky do velikosti zrna 63 mm). 25 a 26 - Průběh dynamické zatěžovací zkoušky podle ČSN 73 6190. Jde o orientační zkoušku proveditelnou přímo na stavbě. Zkouška je vhodná pro nesoudržné zeminy (písky a štěrky do velikosti zrna 63 mm). 25 a 26 - Průběh dynamické zatěžovací zkoušky podle ČSN 73 6190. Jde o orientační zkoušku proveditelnou přímo na stavbě. Zkouška je vhodná pro nesoudržné zeminy (písky a štěrky do velikosti zrna 63 mm).

Praktickým pomocníkem, kterým jsou dnes vybaveny velké hutnicí stroje, je zařízení pro přímé měření míry zhutnění v reálném čase (foto 27). Tato technologie se v zjednodušeném provedení dostala i do menší hutnicí techniky jako jsou vibrační desky a menší válce. Míra zhutnění je na těchto stojích zobrazena v reálném čase, není získávána ale konkrétní hodnota modulu deformace, ale jen míra zhutnění na dané stupnici (foto 28 a 29). Hutnění pak lze provádět až do stavu, kdy je dosaženo nejvyšší možné míry zhutnění (míra zhutnění již nevzrůstá) nebo do předem definovaného referenčního stavu (původní terén vs. násyp). Toto vybavení strojů odhalí i lokální nezhutněná místa, dutiny a nehomogenity materiálu.

27 - Měření míry zhutnění na displeji velkého zeminového válce – získává se konkrétní hodnota modulu deformace. 27 - Měření míry zhutnění na displeji velkého zeminového válce – získává se konkrétní hodnota modulu deformace. 27 - Měření míry zhutnění na displeji velkého zeminového válce – získává se konkrétní hodnota modulu deformace.

Empirie

Ve stavební praxi je provedeno mnoho zásypů a jejich hutnění bez erudovaného měření a kontroly a v mnohých případech je takový přístup dostatečný. Je ale nezbytné dodržet základní obecně platné zásady technologie hutnění:

Hutnicí stroj volit s ohledem na typ zeminy a velikost kameniva. Výkon hutnicího stroje volit s ohledem na velikost hutněné plochy resp. objem hutněné zeminy. Hutnit jen přiměřeně mocné vrstvy. Dodržet požadovaný počet pojezdů. Sledovat vlhkost hutněné zeminy. Vyvarovat se špatně hutnitelným a nehomogenním zavážkám (kaverny, ložiska jiného typu zeminy nebo zasypané předměty).

Jako nápověda pro výběr hutnícího stroje, mocnost hutněné vrstvy a počet pojezdů pro různé skupiny zemin poslouží následující tabulka zpracovaná na základě ČSN 73 3055.

Tabulka 1 Výběr hutnícího stroj, mocnost hutněné vrstvy a počet pojezdů pro různé skupiny zemin

skupina	hrubozrnné kamenivo			hrubozrnné zeminy			hrubozrnné zeminy s vyšším obsahem jemných částic			jemnozrnné zeminy
příklady zemin	drcené hrubé kamenivo			písky písky s příměsí jemnozrnné zeminy štěrky štěrky s příměsí jemnozrnné zeminy			písek hlinitý písek jílový štěrk hlinitý štěrk jílový			štěrková hlína štěrkový jíl písčitá hlín písčitý jíl
	vhodnost	mocnost vrstvy mm	počet pojezdů	vhodnost	mocnost vrstvy mm	počet pojezdů	vhodnost	mocnost vrstvy mm	počet pojezdů	vhodnost	mocnost vrstvy mm	počet pojezdů
vibrační pěch 70 kg	-	-	-	+	250	3-4	+	250	3-5	+	250	3-5
vibrační deska 100 kg	-	-	-	+	250	3-5	*	200	4-6	-	-	-
vibrační deska 200 kg	*	150	3-5	+	350	3-5	*	300	4-6	*	200	3-5
vibrační deska 500 kg	+	300	3-5	+	400	3-5	*	350	3-5	*	250	3-5
vibrační deska 700 kg	+	450	3-5	+	450	3-5	*	400	3-5	+	300	3-5
vibrační válec 700 kg	-	-	-	+	250	3-5	*	250	3-5	*	100	3-5
vibrační válec ježek 1500 kg	*	300	4-6	+	400	4-6	+	400	5-6	+	300	3-5
+ nejvhodnější * vhodné - nevhodné

Hutnicí techniku BOMAG, uvedenou v článku, je možné zapůjčit stavebním firmám na více než 75 pobočkách DEK Půjčovny. Podrobnosti na www.dek.cz

Autor:
Ing. Zdeněk Plecháč
ATELIER DEK

Podklady:
DEKTIME 01/2015 Plecháč, Remeš: NOPOVÉ FÓLIE VE SKLADBÁCH SUTERÉNŮ
ČSN 73 3055 Zemní práce při výstavbě potrubí
ČSN 72 1006 Kontrola zhutnění zemin a sypanin