خاکبرداری

مواد خاکی  

از زمان بشر اولیه تاکنون، انسان همواره سعی داشته تا با ابداع و بکار گرفتن آلات مکانیکی عوارض سطح زمین را بطریقی تغییر دهد تا نیازهای او را رفع نماید . وسایل ابتدائی که توسط بشر اولیه در ساختن کلبه ها و سرپناهها مورد استفاده قرار میگرفت با گذشت زمان به ماشین آلات پیچیده و عظیمی تبدیل شده است که در ساختمان شاهراهها و آسمانخراشها بکار میرود . قسمت بزرگی از این ماشین آلات در عملیات خاکی مورد استفاده قرار میگیرد. عملیات خاکی عبارت از تغییر شکل و تغییر مکان مواد سطح زمین می باشد .

بدون تردید ماشین آلاتی که در آینده مورد استفاده قرار خواهند گرفت از حیث ظرفیت و قدرت کاربردی با ماشین آلات امروزی قابل مقایسه نخواهند بود و مهندسین راه و ساختمان در تکامل و حتی ابداع ماشین آلات مزبور نقش قابل توجهی بعهده خواهند داشت . برای اداره کارگاه علاوه بر مطالب فوق مهندس باید آشنا به فنون برنامه ریزی (CPM/PERT) و همچنین روشهای کنترل هزینه و اصول کلی مدیریت و غیره باشد تا بهترین نتیجه از عملیات عاید گردد.

مواد عملیات خاکی

تمام مواد موجود در پوسته زمین را میتوان به دو گروه سنگ و خاک تقسیم کرد. بنابراین در عملیات خاکی باید خواص این دو نوع ماده را شناخت. بعضی از خواص سنگ و خاک تاثیر زیادی در نحوه اجرای عملیات خاکی دارند. معمولا مهندس محاسب علاقه مند است که مقاومت خاک را در مقابل بارهای وارده و سایر عوامل طبیعی مثل زلزله تعیین کند. مهندس اجرا بیشتر به آن دسته خواص خاک از جمله قابلیت حمل ، قابلیت بارگیری، میزان رطوبت ، قابلیت زهکشی ، وزن مخصوص و تغییرات خاک توجه دارد .

آزمایشهای متعددی باید انجام شود تا خواص مذکور در فوق مشخص شود. با اینهمه ، اطلاعات کلی در مورد نوع خاک از نظر طبقه بندی و آگاهی از رفتار کلی یک نوع خاک در تعیین نوع ماشین آلات و روش انجام عملیات در یک کارگاه بخصوص ، بسیار موثر و مفید خواهد بود.

قابلیت ترافیک

مقاومت خاک در مقابل بارهای وارده ناشی از عبور و مرور مکرر ماشین آلات چرخدار و زنجیر دار قابلیت ترافیک خوانده میشود. قابلیت ترافیک عامل بسیار مهمی در تعیین خط مشی عملیات خاکی است. قابلیت ترافیک معمولا از روی نوع خاک و میزان رطوبت موجود در خاک در دوره عملیات ساختمانی تخمین زده میشود. با اینهمه وسایلی وجود دارند که مستقیما ” این فاکتور را محاسبه میکنند. قابلیت ترافیک نامطلوب ممکنست باعث شود در نوع ماشین آلات ، تحکیم جادههای سرویس و روشهای زهکشی جاده های سرویس تغییراتی داده شود.

قابلیت بارگیری

قابلیت بارگیری شاخصی است که تعیین میکند با چه درجه از سهولت میتوان خاک را کنده و بارگیری نمود . معمولا خاکهای سست و درشت دانه و غیر چسبنده قابلیت بارگیری زیادی دارند. برعکس خاکهای متراکم چسبنده و غالب سنگها قابلیت بارگیریشان کم است.

تمام خاکها در حالت طبیعی حاوی مقداری رطوبت میباشند. میزان رطوبت موجود در خاک برروی وزن خاک و طریقه کار کردن با آن تاثیر دارد. میزان درصد رطوبت خاک عبارتست از درصدی از وزن خاک خشک که برابر با وزن آب موجود در خاک میباشد.

خواص زهکشی خاک از نظر قابلیت ترافیک خاک حائز اهمیت بوده ضمنا در میزان رطوبت خاک و وزن مواد خاکی موثر است.

وزن خاک

وزن واحد حجم خاک به نوع، میزان رطوبت و قابلیت تراکم خاک بستگی دارد. دانسیته خشک معمولا به عنوان شاخصی برای تعیین درجه قابلیت تراکم خاک بکار میرود . وزن مخصوص بعضی از انواع خاکها در جدول زیر داده شده است .

مشخصات تقریبی وزن مخصوص خاک

میزان بار کامیون 

بار مجاز کامیون به سه صورت بیان میشود : ۱) ظرفیت اندازه گیری شده (۲) حجم باربند با سطح افقی (۳) ظرفیت باربند در حالتیکه مواد در آن بصورت کود شده باشد با شیب جانبی ۲ به 1 . چون بارزدن بیش از میزان مجاز علاوه بر فرسودگی ماشین از قدرت تحرک و مانور ماشین میکاهد، هیچگاه نباید وزن بار از ظرفیت اندازه گیری شده تجاوز نماید. چون مواد قابل حمل معمولا از خاک سست و تقریبا “سیال تشکیل میشود ، بار ماکزیمم به حداقل دو مقدار زیر محدود میگردد : ۱) ظرفیت بیان شده برحسب حجم کود شده و (۲) وزن مجاز . حجم باربند در حالت افقی ( struck volume ) معمولا ” تعیین کننده نیست مگر در موارد حمل مواد که احتمال ریزش مواد زیاد می باشد .

تعيين تعداد باربرهای مورد نیاز

سيكل حمل مواد

برای تعیین تعداد باربرهای لازم برای هر ماشین حفار، باید اول محاسبه نمود که مدت زمان لازم برای هر سیکل کامل باربری چقدر است. این مدت زمان با افزودن مدت زمانهای زیر محاسبه می شود :

۱- بارگیری : که توسط لودر یا ماشین حفار در محل حفاری انجام میگیرد .

۲- حمل : که از محل بارگیری تا محل تخلیه صورت می پذیرد.

۳- تخلیه : که در محل تخلیه انجام گرفته و شامل مانور در محل تخلیه هم میشود .

۴- بازگشت: که شامل زمان بازگشت از محل تخلیه به محل بارگیری است .

۵- مدت زمانی که طول میکشد که نوبت بارگیری به یک باربر ( کامیون ) برسد.

عوامل فوق به دو دسته مدت زمانهای ثابت و مدت زمانهای متغیر گروه بندی میشوند.و بصورت زیر بیان میگردند :

مدت زمان متغیر + مدت زمان ثابت = سيكل حمل مواد

مدت زمان ثابت عبارتست از مجموع عوامل (۱) و (۳) و (۵) مندرج در فوق . بدین دلیل اینها را ثابت فرض میکنیم که این عوامل تابع فواصل حمل و سرعت وسیله نقلیه نمیباشند. این مدت زمانها برای هر نوع عملیات بخصوص با دقت قابل قبولی قابل محاسبه میباشند. زمانهای مربوط به حرکت ماشین بهم افزوده شده و عامل متغیر سیکل را تشکیل میدهند . زمان سفر را یا با استفاده از منحنیهای موجود و یا با تقسیم مسافت بر سرعت متوسط باربر میتوان تخمین زد .

محاسبه زمان بارگیری

تخمین مدت زمان لازم برای بارگیری یک واحد کامیون  با استفاده از یکی از روابط زیر صورت میگیرد:

                    تولید لودر با راندمان ۱۰۰% / ظرفیت ماشین باربر = مدت زمان بارگیری

              تعداد جامهای تخلیه شده در باربر * سیکل ماشین حفار = مدت زمان بارگیری

محاسبه تعداد ماشینهای باربر مورد لزوم

روش سنتی تعیین تعداد باربرهایی که از یک لودر سرویس میگیرند ، بدینقرار است که همواره باید تعداد ماشینها را بطریقی در نظر گرفت که در هر لحظه یک ماشین باربر برای بارگیری موجود باشد. بعبارت دیگر هیچگاه لودر یا بیل بیکار نماند. باید توجه داشت که این یک روش دتر مینیستیک بوده و فرض میشود که مدت زمان لازم برای بارگیری و تخلیه و حمل مواد کاملا قابل پیش بینی میباشند. واضح است که در عملیات واقعی این مدت زمان دارای واریانسی میباشد. بنابر این گاه پیش میاید که هیچ ماشین باربر برای بارگیری در نزدیک لودر وجود ندارد و گاه برعکس صفی از کامیون برای بارگیری از لودر تشکیل می شود. استفاده از یک تکنیک ریاضی به نام تئوری صف (queueing theory) باعث میشود که ما بتوانیم اثر متغیر بودن مدت زمان سفر و بارگیری باربرها را در محاسبات وارد کنیم و به نتایج واقع بینانه تری از روش دتر مینیستیک دست بیابیم.

در روش سنتی (دترمینیستیک) تعداد ماشینهای باربر مورد نیاز برای سرویس گرفتن از یک لودر از رابطه زیر محاسبه میشوند .

             مدت زمان بارگیری /  سیکل کلی حمل و تخلیه مواد  =  تعداد ماشینهای باربر مورد نیاز

معمولا ” حاصل رابطه فوق به عدد صحیح بالاتر گرد میشود تا اطمینان حاصل آید که همواره لااقل یک ماشین باربر در کنار بارکن موجود است. اگر تعداد ماشینها کمتر باشد این مساله در میزان کارکرد و تولید اثر میگذارد. میزان کار این سیستم تخلیه مساوی خواهد بود با میزان تولید لودر یا بیل البته میزان تولید با در نظر گرفتن ضریب راندمان کار لودر تعیین خواهد شد. بنابراین میزان تولید کلی سیستم برابر خواهد بود با تولید لودر با در نظر گرفتن ضریب راندمان کار لودر( بارکن – بیل مکانیکی ) . ولی برای تعیین تعداد باربرها از مدت زمان بارگیری با در نظر گرفتن راندمان ۱۰۰% برای بارکن استفاده خواهد شد.