Tukiseinä käyttöohje - Vianova Systems Finland Oy
GeoCalc Tukiseinä Vianova Systems Finland Oy Versio 2.3 27.01.2012 2(49) Sisällysluettelo Sisällysluettelo ............................................................................................................................................... 2 1. Perusesimerkki, laskennan suoritus ...................................................................................................... 3 1.1. Yleistä ............................................................................................................................................ 3 1.2. Laskennan tiedot (General) ........................................................................................................... 3 1.3. Näyttöasetukset (View) ................................................................................................................. 4 1.4. Maakerrosten tiedot (Soil) ............................................................................................................. 4 1.5. Tukiseinän tiedot (Wall) ................................................................................................................. 5 1.6. Pohjavesitiedot (Ground Water) .................................................................................................... 5 1.7. Kuormien tiedot (Load) .................................................................................................................. 6 1.8. Ankkurien tiedot (Anchorage) ........................................................................................................ 7 1.9. Laskenta (Calculate)...................................................................................................................... 7 1.10. Laskennan tulokset (Results) ........................................................................................................ 8 1.11. Laskentaesimerkin parametrien muutos ....................................................................................... 9 1.12. Tulostukset .................................................................................................................................. 10 2. Kaivannon puoleisen maan vahvistaminen.......................................................................................... 11 2.1. Kaivanto heikossa savimaassa ................................................................................................... 11 2.2. Passiivipuolen vahvistaminen ..................................................................................................... 15 3. Kaivu pontin alareunaan ja kalliotappi ................................................................................................. 17 4. Ankkurivälit tasokohtaisesti .................................................................................................................. 19 5. Kuormien aktivointi kaivusyvyyden mukaan ........................................................................................ 22 6. Kalliotappi ............................................................................................................................................. 25 7. Eurokoodin mukaiset maanpainekertoimet ja varmuuden laskeminen ............................................... 27 7.1. Yleistä .......................................................................................................................................... 27 7.2. Kuormayhdistely 6.10 a) .............................................................................................................. 29 7.3. Kuormayhdistely 6.10 b) .............................................................................................................. 30 8. Esijännitetyt ankkurit, Eurokoodi .......................................................................................................... 31 8.1. Käyttörajatilatarkastelu ................................................................................................................ 31 8.2. Murtorajatilatarkastelu ................................................................................................................. 32 8.2.1. Kuormayhdistely 6.10 a) ...................................................................................................... 32 8.2.2. Kuormayhdistely 6.10 b) ...................................................................................................... 33 8.2.3. Yhteenveto .......................................................................................................................... 34 9. Porapaaluseinä .................................................................................................................................... 35 9.1. Esimerkki ..................................................................................................................................... 36 LIITTEET ..................................................................................................................................................... 39 L1. Jousimallit ........................................................................................................................................ 40 L1.1. Yleistä .......................................................................................................................................... 40 L1.2. Siirtymäperusteinen malli, DCM .................................................................................................. 40 L1.1.1. Suljettu leikkauslujuus ......................................................................................................... 41 L1.1.2. Tehokkaat lujuusparametrit ................................................................................................. 44 L1.3. Moduuli perusteinen malli (MCM)................................................................................................ 46 ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 3(49) 1. Perusesimerkki, laskennan suoritus 1.1. Yleistä Tässä esimerkissä käydään läpi tukiseinän laskennan vaiheet GeoCalc ohjelman avulla. Esimerkin geometria on esitetty kuvassa 1.1. Pohjavesi on 4 m syvyydellä ja kaivutaso on 6 m. Kuva 1.1. Esimerkin geometria, kaivusyvyys on 6 m. Esimerkin ponttiseinä on tuettu yhdeltä tasolta 1,5 m maanpinnasta. Pontti on lyöty 3 m kaivutason alapuolelle, mikä antaa riittävän varmuuden käytetyillä maaparametrien arvoilla. Käytetyt maaparametrit ovat: γ φ m n Hiekka 1 18 39 300 0,5 Hiekka 2 20 40 600 0,5 Ponttina käytetään Larssen 24 ponttia. Käyttöesimerkissä käytetty valmis laskentamalli toimitetaan ohjelman mukana. Se löytyy ohjelmahakemiston alta Samples kansiosta, johon löytyy linkki myös käynnistysvalikosta. Laskentatiedoston nimi on Tukiseinä_käyttöohje_esimerkki1.gcsu. Laskentatiedoston voi avata Calculation valikon Open toiminnolla. 1.2. Laskennan tiedot (General) Tukiseinäohjelma koostuu valikoista (sivuista tai lehdistä) joihin syötetään lähtötietoja. Tarkoituksena on edetä sivujen täyttämisessä vasemmalta oikealle kunnes päästään laskennan kautta tuloksiin. Ohjelman käyttöliittymä, josta on avoimena General sivu projektin tietojen syöttämistä varten, on esitetty seuraavassa, kuva 1.2. Laskennan lisätietoja voidaan syöttää ikkunaan joka avautuu More painikkeella. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 4(49) Kuva 1.2. General valikko Laajempi ohjeistus General – lehden toiminnoista on GeoCalc peruskäyttöohjeessa. 1.3. Näyttöasetukset (View) View valikossa määritetään miten laskentaa vastaava poikkileikkauskuva esitetään grafiikkaikkunassa, kuva 1.3. Toistaiseksi laskentamallia ei kuitenkaan ole määritetty, joten muutosten vaikutuksia ei vielä näe. Kullekin laskenta- ja tulostuselementille määritellään näkyvyys (rasti ruudussa), viivatyyppi, viivapaksuus sekä väri. Painamalla Update painiketta ruudun saa päivitettyä milloin tahansa ohjelman ollessa käytössä. Kappaleessa Tulostukset käsitellään ohjelman tulostusta. Kuva 1.3. View valikko. Laajempi ohjeistus View – lehden toiminnoista on GeoCalc peruskäyttöohjeessa 1.4. Maakerrosten tiedot (Soil) Valikossa Soil määritetään maakerrokset ja niiden parametrit. Soil alasvetovalikossa on lisäksi toiminto Advanced Soil Parameters, jossa määritetään eräitä yleisiä ja mallikohtaisia parametreja, kuva 1.4. K0 Model valikosta valitaan, lasketaanko lepopainekerroin Jakyn yhtälöllä vai antaako käyttäjä sille arvon suoraan. Esimerkissä valittu Jakyn yhtälö. Earth Pres. Model valikosta valitaan, lasketaanko maanpainekertoimien arvot Coulombin maanpaineteorialla, vai antaako käyttäjä niille arvot suoraan (esimerkiksi eurokoodin 19971 liitteen mukaisesti). Esimerkissä käytetään Coulombin yhtälöä. Valikossa d/ud valitaan käyttäytyykö maakerros avoimen vai suljetun tilan mukaan. Avoimen tilan mallissa käytetään tehokkaita jännityksiä, ja vedenpaine lasketaan erikseen. Suljetun tilan mallissa käytetään kokonaisjännityksiä, eikä vedenpainetta huomioida erikseen. Esimerkissä on hiekalle valittu avoimen tilan käyttäytyminen. Valikossa Material Model valitaan, lasketaanko maanpaine-siirtymä käyttäytyminen moduuliperusteisella (MCM) vai siirtymäperusteisella (DCM) mallilla. Esimerkissä on valittu MCM materiaalimalli. Teoriaohjeessa on esitetty sivun parametreja koskevat tarkemmat tiedot. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 5(49) Kuva 1.4. Maakerrosten syöttäminen Soil valikossa. Advanced Soil Parameters dialogissa, kuva 1.5, on valittu, että lepopaine kaivannon puolella lasketaan lepopainekertoimen ja vallitsevan jännityksen avulla, kaivannon takana käytetään aktiivipainetta (siirtymän funktiona) ja paine-siirtymä hyperbelin skaalausparametrille Rf on annettu arvoksi 0,98 (oletusarvo). Harmaana olevia parametreja ei käytetä vaikka ne on annettu, ne aktivoituvat päävalintojen arvojen mukaan. Kuva 1.5. Advanced Soil Parameters dialogi. 1.5. Tukiseinän tiedot (Wall) Valikossa Wall annetaan tiedot tukiseinästä ja kaivannon syvyydestä, kuva 1.6. Kohtaan Ground level voidaan antaa maanpinnan korkeus. Tukiseinätietokantaan on syötetty yleisimmät tukiseinätyypit ja ne ovat valittavana Wall Type ja Profile valinnoista. View – painikkeella voi tarkastella tukiseinätyypin parametreja. Vakiotukiseinätyyppien parametreja ei voi muuttaa, mutta tukiseinätietokantaan voi käyttäjä luoda omia profiileja. Tukiseinätietokantaa voi muokata valitsemalla Wall - alasvetovalikosta toiminnan Edit Library. Seinän ja maan väliseksi kitkakertoimeksi on annettu 0,4. Huomaa, että kenttä Length of secondary profile [m] koskee ainoastaan tilannetta, että tukiseinätyypiksi olisi valittu kombiseinä. Kuva 1.6. Tukiseinän tietojen syöttö Wall valikossa. 1.6. Pohjavesitiedot (Ground Water) Valikossa Ground Water määritetään pohjavesitiedot, katso kuva 1.7. Sivun taulukkoon määritetään pohjavedenpinnat tukiseinän molemmin puolin kaivusyvyyden funktiona. Orsivedestä annetaan vedenpinta, veden alapinta (vettä pidättävän kerroksen yläpinta) ja suotopinta (vettä pidättävän kerroksen alapinta). Lisäksi sivulla voi määrittää lasketaanko varmuus hydraulista murtumista vastaan olettaen että vesi on virtaustilassa tai että kaivannon pohjalla on vettä pidättävä kerros (yksinkertaistettu menettely, esimerkiksi kaivannon leveyttä ei annettu – tarkista muulla tavalla jos näyttää kriittiseltä). Sivulla on myös tulostusosa, jossa voi piirtää varmuuden hydraulista murtumista vastaan, vedenpainekuvaajat sekä annetut vedenpinnat. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 6(49) Kuva 1.7. Ground Water valikko. 1.7. Kuormien tiedot (Load) Load valikossa määritetään laskentakuormat. Pintakuormat syötetään suoraan sivulle, kuva 1.8. Kaivannon kummallakin puolella voidaan antaa kaksi pintakuormaa, jotka voidaan aktivoida halutulla kaivusyvyydellä. Lisäksi on mahdollista antaa erikseen pintakuorma kaivannon pohjalle viimeisen kaivuvaiheen jälkeen kuvaamaan massanvaihtoa. Kuva1.8. Load valikko. Viivakuorma tai keskitetty kuorma rakennuskaivanto-ohjeen mukaisesti voidaan ottaa käyttöön valitsemalla kohta Calculation with area loads. Kuormatyypin parametrit voidaan määrittää valitsemalla toiminto Define, katso kuva 1.9. Tässä esimerkissä ei käytetä kyseistä kuormatyyppiä. Kuormatyypille voi määrittää myös aktivointisyvyyden. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 7(49) Kuva 1.9. Define Area Loads dialogi. Kuormia voidaan määrittää suoraan tiettyyn solmupisteeseen valitsemalla kohta Calculation with nodal loads. Kuormat annetaan tietylle syvyydelle ja kuormille voi määrittää myös aktivointitason. Kuormatyypin parametrit voidaan määrittää valitsemalla toiminto Define, kuva 1.10. Kuva 1.10. Define Nodal Loads dialogi. 1.8. Ankkurien tiedot (Anchorage) Anchorage valikossa määritetään ankkurit, niiden taso ja esijännitysvoimat, kuva 1.11. Ankkuri määritetään antamalla sen pinta-ala, pituus, kulma, asennussyvyys, esijännitysvoima, kimmokerroin, työvara sekä ankkuriväli. Työvaralla tarkoitetaan etäisyyttä, paljonko yli annetun tukitason kaivetaan ennen kuin ankkuri asennetaan. Kuva 1.11. Anchorage valikko. 1.9. Laskenta (Calculate) Calculate valikossa, kuva 1.12, määritetään laskennan asetukset ja käynnistetään itse laskenta. Sivulla valitaan kuinka moneen elementtiin tukiseinämetri jaetaan, mikä on ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 8(49) iterointitarkkuus ja iterointikierrosten maksimilukumäärä. Laskennan nopeus riippuu osin käytetyistä arvoista. Toisaalta liian harva elementtijako voi vääristää geometriaa. Mikäli kaikki laskentaparametrit eivät ole määritettyjä tai laskennassa on muita ongelmia, ilmaisee teksti Calculation Status kentässä ongelman syyn. Kuva 1.12. Calculate valikko. 1.10. Laskennan tulokset (Results) Kun laskenta on suoritettu, siirtyy ohjelma suoraan Results valikkoon. Valikossa voidaan valita mitkä kuvaajat halutaan tulostettavaksi, katso kuva 1.13. Sivulla on myös liukusäädin, jonka avulla valitaan miltä kaivutasolta tulokset halutaan (ohjelma laskee koko kaivuprosessin annetun elementtijaon mukaisesti). Halutut kuvaajat voidaan tallentaa eri muodoissa, kopioida tai siirtää piirtoalustan kuvaan sivun ylälaidan pikavalinnoilla. Kuva 1.13. Results valikko, tulostuskuvaajien valinta. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 9(49) Hiiren oikean nappulan alta avautuu kunkin kuvaajan kohdalla toimintovalikko, joka näkyy myös kuvassa. Toimintovalikon Print… toiminnolla kuvaajat voi tulostaa myös suoraan. Toiminnolla Export CSV.. voidaan yksittäisen kuvaajan sisältö (käyrien numeroarvot) tulostaa numeerisena CSV-tiedostoon, jonka voi avata suoraan Excel ohjelmassa. Toimintovalikosta voi myös muuttaa kuvaajan mittakaavoja. 1.11. Laskentaesimerkin parametrien muutos Seuraavaksi esitetään edellisen esimerkin avulla miten eri parametrit ja mallinnusoletukset vaikuttavat tuloksiin. Esimerkkilaskennassa oli valikossa Soil annettu parametrille k arvo k = 0. Parametri k määrää miten maan muodonmuutosmoduuli käyttäytyy kaivannon puolella kun kaivu edistyy (jännitystila pienenee). Arvolla k = 0 maa ei muista aiempaa jännitystilaa ja moduuli lasketaan aina suoraan vallitsevan jännitystilan mukaan. Arvolla k = 1 maa käyttäytyy taas täysin aiemman suurimman jännitystilansa mukaisesti, katso teoriakäyttöohje. Todellisuus on yleensä tältä väliltä. Seuraavaksi lasketaan sama esimerkki olettaen että k = 1. Lisäksi Soil alasvetovalikon Advanced Soil Parameters dialogissa valitaan että lepopaine kaivannon puolella lasketaan kimmoteorian mukaan. Tämä tarkoittaa, että kun pystyjännitys pienenee kaivun edetessä, kaikki siitä aiheutunut vaakajännitys ei palaudu. Vaakajännitys jää siis suuremmaksi kuin normaalikonsolidoituneen maan lepopainekertoimen avulla laskettu vaakajännitys. Vaakajännitys lasketaan nyt kimmoteorian avulla käyttäen annettua Poissonin lukua (jonka täytyy vastata palautuskuormitustilannetta, tässä valittu 0,15), katso tarkemmin teoriakäyttöohje. Muutokset vaikuttavat maan jäykkyyttä lisäävästi. Tämä vaikuttaa saataviin rasituksiin ja seinän siirtymiin etenkin, mikäli seinä varmuus on hyvä. Muutetuilla parametreilla lasketut tulokset on esitetty kuvassa 1.14. Seinän maksimi momentti, maksimi siirtymä ja ankkurin maksimi tukivoima ovat nyt M = 115 kNm, s = 6,5 mm, ja T = 134 kN. Aiemmassa laskennassa vastaavat arvot olivat M = 131 kNm, s = 8,6 mm, ja T = 143 kN. Pienemmällä kaivusyvyydellä (suuremmalla varmuudella) erot ovat suuremmat. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 10(49) Kuva 1.14. Seinän tulokset kun kaivusyvyys on 6 m alkuperäisillä parametreilla a) ja muutetuilla parametreilla b). 1.12. Tulostukset Ohjelma luo View sivun asetuksien mukaan perustulostesivun jonne voi koota halutun määrän elementtejä eri toiminnoilla. Materiaalitaulukko ja nimiö tulostuvat aina raamin vasempaan ja oikeaan nurkkaan. Graafeja voi tuoda tulostusalueelle halutun määrän. Kuvassa 1.15 on esitetty perustuloste, jonka päälle on tuotu yksi graafi. Kuva 1.15. Esimerkkitulostuskuva. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 11(49) 2. Kaivannon puoleisen maan vahvistaminen Laskettaessa työnaikaista kaivantoa savessa kohdataan monesti ongelma, jossa passiivipuolelle ei muodostu riittävästi tukevaa maanpainetta. Tällöin ratkaisuna voi olla esimerkiksi passiivipuolen maan ominaisuuksien parantaminen stabiloinnin avulla. Seuraavaksi perehdytään ensin syihin mistä ongelma johtuu, jonka jälkeen käydään läpi miten GeoCalc ohjelmalla voidaan mallintaa kaivannon puolelta vahvistettu maa. 2.1. Kaivanto heikossa savimaassa q H sa D Kuva 2.1. Tukiseinä savessa. Suurimman kaivusyvyyden määrittäminen. Tarkastellaan kuvan 2.1 mukaista tilannetta. Kova pohja on syvällä ja seinän alapää tukeutuu savikerrokseen. Aktiivipuolella saadaan kaivutason alapuolella seinää kuormittavaksi maksimimaanpaineeksi pa: p a = q a + ( H + D ) ⋅ γ − 2 ⋅ su missä (1) qa = ulkoinen kuorma seinän takana H = kaivusyvyys D = pontin lyöntisyvyys kaivannon alapuolella γ = maan tilavuuspaino su = maan suljettu leikkauslujuus Vastaavasti passiivipuolen maata tukevan maanpaineen maksimi saadaan yhtälöstä: p p = q p + D ⋅ γ + 2 ⋅ su missä (2) qp = mahdollinen ulkoinen kuorma kaivannossa Olettamalla ulkoiset kuormat nollaksi ja asettamalla aktiivi- ja passiivimaanpaine yhtä suureksi saadaan suljetulle leikkauslujuudelle tuttu vaatimus: su ≥ H ⋅γ 4 (3) ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 12(49) Yhtälö voidaan kirjoittaa myös kaivusyvyyden rajoitukseksi muotoon: H≤ 4 ⋅ su (4) γ Yhtälö (3) tarkoittaa, että mikäli käytetään vakioleikkauslujuutta, tulee sen olla vähintään yhtälön suuruinen, jotta kaivutason alapuoleinen nettopaine olisi tukeva. Muussa tapauksessa seinän lyöntisyvyyden kasvattaminen vain lisää seinälle tulevia kuormituksia. Toisin sanoen, vaikka seinä olisi yläosastaan kuinka hyvin tuettu, kasvaa laskennallinen seinän kuormitus kun ponttia lyödään syvempään eikä seinä ole stabiili. Tämä ei luonnollisestikaan tarkoita sitä, että hyvällä tuennalla ja lyhyellä pontilla kaikki olisi hyvin. Yhtälö on itse asiassa samalla yksinkertaistettu pohjannousun tarkistus joka ilmoittaa myös, että varmuus pohjannousua vastaan ei ole riittävä. Pohjannousua tarkistettaessa yhtälössä olisi tarkkaan ottaen luvun 4 sijasta kantavuuskerroin Nc jonka arvona voidaan käyttää arvoa 5.14. Varmuus pohjannousua vastaan paranee lyöntisyvyyttä kasvattamalla samalla kun liukupinnat pitenevät. Yhtälön (3) vaatimus on aika tiukka. Saven suljettua leikkauslujuutta voidaan arvioida konsolidaatiojännityksen avulla. Yleisesti ottaen voidaan kirjoittaa: su = α ⋅ σ ' c missä (5) α = saven plastisuudesta riippuva kerroin σc’ = konsolidaatiojännitys Kerroin α on tyypillisesti luokkaa α = 0.25. Normaalikonsolidoituneella savella suljettu leikkauslujuus on siis suuruusluokaltaan noin neljäsosa insitu tehokkaasta jännityksestä. Yhtälön (3) mukaisesti suljetun leikkauslujuuden tulisi olla vähintään neljäsosa insitu kokonaisjännityksestä. Koska yleensä ollaan pohjavedenpinnan alapuolella tarkoittaa tämä käytännössä sitä, että saven tulisi olla ylikonsolidoitunutta. On kuitenkin syytä huomata, että yhtälö (3) tarkoittaa tarkalleen sitä, että jos suljettu leikkauslujuus kaivusyvyydellä H on yhtälön ehtoa pienempi, on nettopaine seinää kuormittava ja varmuus pohjanousua vastaan riittämätön. Varsinainen ongelma tästä muodostuu silloin, kun seinän alaosa ei tukeudu lujempaan maahan ja suljettu leikkauslujuus ei kasva syvyyden mukaan. Tarkastellaan asiaa vielä esimerkin avulla. Tehtävänä on laskea työnaikainen 5m syvä kaivanto savimaassa. Maan lujuudesta tehdään seuraavat kaksi oletusta: 1. Maan suljettu leikkauslujuus on vakio, su = 15 kPa 2. Maa on normaalikonsolidoitunutta, ja suljettu leikkausjännitys on su = 0,25σv’ 3 (kuitenkin vähintään 10 kPa, γ = 16 kN/m , ja pohjavedenpinnan syvyys 2m) Kuvassa 2.2 a) on esitetty oletusten 1 ja 2 mukaiset suljetut leikkauslujuudet. Kuvaan on myös piirretty yhtälön (3) mukainen tarvittava suljettu leikkauslujuus kaivusyvyyden funktiona. Kun kaivusyvyys on 5m, on tarvittava suljettu leikkauslujuus 20 kPa. Oletuksella 2 tämä 5 m kaivusyvyyttä koskeva vaatimus ylittyy kun syvyys on suurempi kuin 10 m. Kuvassa 17 b) on esitetty oletusten 1 ja 2 mukaiset maanpaineet. Oletuksen 1 mukainen maanpaine on aina aktiivipuolella, eli seinä kerää koko ajan kuormaa. Oletuksen 2 mukainen nettomaanpaine menee passiivipuolelle kun syvyys on suurempi kuin 10m. Oletuksen 2 mukaisessa tilanteessa päästään riittävän pitkällä pontilla stabiiliin tilanteeseen. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 13(49) Suljettu leikkauslujuus [kPa] 10 20 30 40 50 -250 -200 -150 -100 -50 0 0 2 2 4 4 6 6 Syvyys [m] Syvyys [m] 0 Maanpaine [kPa] 8 10 12 12 14 14 16 oletus 1 Kuva 2.2. oletus 2 50 100 150 200 250 8 10 16 0 su yhtälö (3) pp/pa oletus 1 netto oletus 1 pp/pa oletus 2 netto oletus 2 Oletusten 1 ja 2 mukaiset suljetut leikkauslujuudet ja vaadittava suljettu leikkauslujuus kaivusyvyyden funktiona (a), ja oletusten 1 ja 2 mukaiset maanpaineen ääriarvot (b). Tarkastellaan esimerkki vielä GeoCalc ohjelmalla. Oletetaan että kokoonpuristuvuusmoduuli M = 150 su ja että pontin pituus on 16m. GeoCalc ohjelmassa voidaan mallintaa suoraan syvyyden mukaan kasvava suljettu leikkauslujuus. Esimerkin tapauksessa saadaan kaksi maakerrosta, joissa ensimmäisessä, 3.33 m paksuisessa kerroksessa, käytetään vakio suljettua leikkauslujuutta 10 kPa. Toisessa maakerroksessa suljetun leikkauslujuuden alkuarvo on 10 kPa ja muutoksen arvo 1.5 kPa/m (0.25 *6). Muodonmuutosparametreiksi annetaan ensimmäisessä kerroksessa m = 15, n = 1 ja k = 1, jolloin M = 15*100 = 1500 kPa koko kerroksessa. Toisessa kerroksessa annetaan m = 37,5, n = 0 ja k = 1, jolloin M = 150 su = 150*0,25σv’=37,5σvo’. Kuvan 2.2 mukaan 15 kPa suljettu leikkauslujuus riittää noin 3,7m syvään kaivantoon. Kuvassa 2.3 on esitetty oletuksen 1 mukaiset siirtymät ja maanpaineet kaivusyvyyksillä 3,6m ja 5.1m. 3.6 kaivusyvyydellä nettomaanpaine kaivutason alapuolella on juuri passiivipuolella mutta seinän alapään siirtymät ovat jo suuret. 5,1m kaivusyvyydellä nettomaanpaine on jo selkeästi aktiivipuolella eikä seinää enää saada edes tuentaa muuttamalla stabiiliksi. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 14(49) Kuva 2.3. Oletuksen 1 perusteella lasketut siirtymät ja maanpaineet kaivusyvyyksillä 3,6m ja 5.1m. Kuvassa 2.4 on esitetty oletuksen 2 mukaiset siirtymät ja maanpaineet kaivusyvyyksillä 3,6m ja 5,1m. Kaivusyvyyden ollessa 3,6m on maanpaineissa vielä reserviä ja siirtymät ovat melko pieniä. 5,1m kaivusyvyydellä maanpaine on lähes kokonaan käytetty hyväksi ja siirtymät ovat suuria. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 15(49) Kuva 2.4. 2.2. Oletuksen 2 perusteella lasketut siirtymät ja maanpaineet kaivusyvyyksillä 3,6m ja 5.1m. Passiivipuolen vahvistaminen Tarkastellaan seuraavaksi tilannetta, jossa seinää ei saada yhdellä tukitasolla stabiiliksi lyöntisyvyyttä kasvattamalla eikä varmuus pohjannousua vastaan ole riittävä lyhyellä pontilla ja useammalla tukitasolla. Maapohja oletetaan edellisen kohdan oletuksen 1 mukaiseksi ja kaivannon syvyys on edelleen 5 m. Seinän takana vaikuttaa lisäksi 10 kPa tasainen kuorma. Passiivipuolen vahvistamiseksi kaivannonpuoli vahvistetaan stabiloimalla. Stabiloidun maan keskimääräisenä leikkauslujuutena käytetään 90 kPa. Käytetään stabiloidun maan kokoonpuristuvuusmoduulille myös arvoa M = 150su. GeoCalc ohjelmassa kaivannon puolelta vahvistettu maa voidaan antaa omana kerroksenaan. Tarkastellaan ensimmäiseksi tapausta, jossa koko kaivannon puoleinen maa stabiloidaan. Koska vahvistetulla maalla saadaan tarvittava passiivimaanpaine mobilisoitua pienemmältä syvyydeltä ja myös varmuus pohjannousua vastaan on selvästi parantunut, pärjätään nyt selvästi lyhyemmillä ponteilla. Tarkastellaan tilannetta, jossa maa on stabiloitu 10 m syvyyteen asti ja pontin lyödään myös 10 m syvyyteen. Ponttina käytetään profiilia PU8. Esimerkin maaparametrien arvot on esitetty kuvassa 2.5. Samples kansiosta löytyvän laskentatiedoston nimi on Tukiseinä_käyttöohje_esimerkki2.gcsu. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 16(49) Kuva 2.5. Maaparametrien arvot kun koko kaivannonpuoleinen savi on stabiloitu. Kuvassa 2.6 on esitetty 5,1m kaivusyvyyttä vastaavat siirtymät ja maanpaineet. Kuva 2.6. Vahvistettu maa. Kaivannon puoleinen savi on stabiloitu kokonaisuudessaan. Edellisessä esimerkissä koko kaivannon puoleinen maa oli stabiloitu. Vaihtoehtoisesti voidaan vain osa passiivipuolesta vahvistaa. Seuraavassa esimerkissä vahvistus on tehty lopullisen kaivutason alapuoleiselle savikerrokselle. Esimerkin maaparametrien syöttö on esitetty kuvassa 2.7. Kuva 2.7. Maaparametrien arvot kun lopullisen kaivutason alapuoleinen savi on stabiloitu. Kuvassa 2.8 on esitetty 5,1m kaivusyvyyttä vastaavat siirtymät ja maanpaineet. Siirtymät ovat nyt hieman suuremmat kuin edellisessä esimerkissä. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 17(49) Kuva 2.8. Vahvistettu maa. Kaivannon puoleinen savi on stabiloitu lopullisen kaivutason alapuolelta. 3. Kaivu pontin alareunaan ja kalliotappi Kaivanto voi ulottua kalliopintaan asti tai jopa tämän alapuolelle. Tukiseinäohjelmassa tämä tarkoittaa, että kaivu ulotetaan pontin alareunaan saakka. GeoCalc ohjelmassa kaivannon syvyydeksi voidaan maksimissaan antaa seinän upotussyvyyttä vastaava arvo. Todellinen, laskennassa käytettävä kaivusyvyys määräytyy käytetyn elementtijaon perusteella siten, että se on noin elementtipituuden puolikkaan verran tukiseinän alareunan yläpuolella. Kun elementtijakona käytetään 5 elementtiä metrillä, on alin kaivutaso siten hieman vajaa 10 cm pontin alareunan yläpuolella. Kaivannon puolelle jäävällä ohuella maakerroksella ei ole mitään merkitystä laskennan tuloksiin. Kuvassa 3.1 on esimerkki tapauksesta jossa kaivu on ulotettu seinän alareunaan saakka. Tässä tapauksessa pontin lyöntisyvyys on 7 m ja alin laskennallinen kaivutaso 6,91 m. Samples kansiosta löytyvän laskentatiedoston nimi on Tukiseinä_käyttöohje_esimerkki3.gcsu. Kuva 3.1. Esimerkin 3 (kaivu pontin alareunaan) geometria. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 18(49) Kuva 3.2. Kaivu pontin alareunaan saakka. Pontin lyöntisyvyys on 7 m ja alin kaivutaso jaolla 5 elementtiä/m on 6,91 m. Seinän alapää on tuettu jäykästi vaakasuunnassa. Kuvassa 3.2 on esitetty laskennan tulokset tapaukselle, jossa seinän alapään tuenta on täysin siirtymätön. Juuritapeille/palkille tuleva kuorma saadaan ankkurivoimakuvaajasta ja on tässä noin 146 kN/m. Kalliotapille voidaan antaa myös vaakasuuntaisen jousen arvo. Sen arvo riippuu paitsi pulttien koosta ja niiden k/k jaosta, myös pulttien kiinnityksestä sekä seinän ja kallion välisestä etäisyydestä. Jousen arvo tulisikin aina arvioida tapauskohtaisesti. Seuraavaksi on oletettu jousen arvoksi 5 kN/mm/m. Kuvassa 3.3 on esitetty tätä vastaava laskenta kun muut lähtötiedot on pidetty ennallaan. Kalliopultille tuleva leikkausvoima on nyt noin 110 kN/m ja vastaava siirtymä noin 22 mm. Moreenikerroksen aktiivimaanpaine on aktivoitunut nyt hieman enemmän. Myös toisen ankkuritason voima on kasvanut kun kalliotappi ottaa vähemmän kuormaa. Kuva 3.3. Kaivu pontin alareunaan saakka. Seinän alapäähän on nyt laitettu jousi jonka jäykkyys on 5kN/mm/m. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 19(49) 4. Ankkurivälit tasokohtaisesti GeoCalc ohjelmassa annetaan kaikki ankkuritiedot erikseen jokaiselle ankkurille. Ankkuritietoina annetaan; ankkurin poikkipinta-ala, ankkurin pituus, ankkurin asennuskulma; ankkurin asennussyvyys, ankkurin esijännitysvoima, työvara (paljonko asennustason alapuolelle kaivetaan ennen ankkurin asentamista), ankkureiden vaakasuuntainen etäisyys ja ankkurimateriaalin kimmomoduli. Näin ollen eri suuruiset ankkurivälit eri ankkuritasoilla voidaan mallintaa suoraan. Tukiseinän laskenta perustuu tasomallin laskentaan. Ankkurien osalta tämä tarkoittaa että ankkuria vastaava laskentajäykkyys saadaan ankkurin pinta-alan A, pituuden L, kimmomodulin E ja ankkurinvälin kk avulla yhtälöstä EA/(Lkk). Jos ankkurivälin kaksinkertaistaa tämä ei tarkoita, että ankkurivoima kaksinkertaistuisi. Ankkuriväliä kasvattaessa ankkuroinnin tuoma jäykkyys seinälle pienenee. Tästä johtuen seinä hakeutuu nyt uuteen tasapainoasemaan, ja koska ankkurien kokonaisjäykkyys on pienempi, ottaa maa enemmän kuormaa, ja ankkurivoima on pienempi. Esimerkki Tarkastellaan kuvan 4.1 mukaista esimerkkiä. Pohjasuhteet muodostuvat sorasta, hienosta hiekasta ja sen alapuolella olevasta tiiviistä moreenista. Pohjavedenpinta on syvällä. Kaivannon takana on kuvan 26 mukaisesti kaksi 2,5 m leveää viivakuormaa. Seinän tuenta toteutetaan vetotankojen avulla kahdelta tukitasolta 10 m etäisyydellä olevaan vastaponttiin. Samples kansiosta löytyvän laskentatiedoston nimi on Tukiseinä_käyttöohje_esimerkki4.gcsu. Kuva 4.1. Ankkuriväliesimerkin perusgeometria. Esimerkin maakerrosten parametritiedot ja tukiseinän tiedot on esitetty kuvassa 4.2. Kahden viivakuorman tiedot syötetään Load välilehden Define area loads kohdassa, katso kuva 4.3. Koska kyseessä on viivakuorma, on parametrin t arvona yksi. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 20(49) Kuva 4.2. Ankkuriväliesimerkin maaparametrit ja seinän tiedot. Kuva 4.3. Ankkuriväliesimerkin kahden viivakuorman tiedot. 2 Ankkurina käytetään kummallakin tukitasolla poikkipinta-alaltaan 2550 mm vetotankoja ja esijännitysvoimana 60 kN. Ylemmällä tukitasolla käytetään 3m ankkuriväliä ja alemmalla 2m ankkuriväliä. Ankkuritiedot on esitetty kuvassa 4.4. Kuva 4.4. Esimerkissä käytetyt ankkuritiedot. Laskennan tulokset on esitetty joidenkin suureiden osalta kuvassa 4.5. Ankkurivoimat ovat nyt noin 152 kN ankkuritasolla 1 ja 170 kN ankkuritasolla 2. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 21(49) Kuva 4.5. Ankkuriväliesimerkin tulokset kun ankkurivälit ovat 3 ja 2 m. Tarkastellaan seuraavaksi tilannetta, jossa ankkuriväli kaksinkertaistetaan. Tätä vastaavat ankkuritiedot on esitetty kuvassa 4.6. Kuva 4.6. Ankkuritiedot tapauksessa jossa ankkuriväli on kaksinkertaistettu. Laskennan tulokset on esitetty joidenkin suureiden osalta kuvassa 4.7. Ankkurivoimat ovat nyt noin 280 kN ankkuritasolla 1 ja 300 kN ankkuritasolla 2. Ankkurivoima ei siis ole aivan kaksinkertaistunut, mutta seinän siirtymä on kasvanut edellisestä esimerkistä. Kuva 4.7. Ankkuriväliesimerkin tulokset kun ankkurivälit ovat 6 ja 4 m. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 22(49) 5. Kuormien aktivointi kaivusyvyyden mukaan Toisinaan voi olla tarpeen rajoittaa kuormia (esimerkiksi junaliikennettä) ennen kuin tukitaso(t) on asennettu. GeoCalc ohjelmassa voidaan jokainen kuorma aktivoida omalla kaivusyvyydellään. Tarkastellaan kuormien ja ankkurien aktivointia seuraavan esimerkin avulla. 3 m syvän kaivannon vieressä on suuri liikennekuorma. Kaivanto on suunniteltu tuettavaksi yhdeltä tukitasolta 0,9 m syvyydeltä maanpinnasta. Esimerkin geometria sekä käytetyt parametrit on esitetty kuvassa 5.1. Samples kansiosta löytyvän laskentatiedoston nimi on Tukiseinä_käyttöohje_esimerkki5.gcsu. Kuva 5.1. Yhdeltä tasolta tuettu tukiseinä suuren liikennekuorman vieressä. Lasketaan ensin tapaus, jossa kuorma vaikuttaa seinän vieressä koko ajan. Tällöin saadaan kuvan 5.2 mukainen siirtymäkuvaaja. Seinän yläpää on siirtynyt nyt yli 70 mm kun tukitaso aktivoituu. Tuen aktivoitumisen jälkeen seinän lisäsiirtymät pysyvät pieninä. Kuva 5.2. Lasketut siirtymät kun tukitaso aktivoituu kaivutasolla 1,14 m tapauksella, jossa kuorma vaikuttaa koko ajan. Käytännössä ei vastaavissa tilanteissa useinkaan voida sallia liikennekuormaa ennen kuin tuki on asennettu. Tällöin tulee kuorman aktivointisyvyys valita siten, että se laskennassa aktivoituu vasta tuen aktivoitumisen jälkeen. Valitaan tässä kuorman aktivointisyvyydeksi 1,2 m, katso kuva 5.3. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 23(49) Kuva 5.3. Aluekuorman aktivointisyvyyden valinta. Kun kuorman aktivointisyvyydeksi on valittu 1,2 m saadaan seinän siirtymäkuvaajaksi ennen kuorman aktivointia kuvan 5.4 mukainen kuvaaja. Seinän yläpää on siirtynyt nyt vain noin 3 mm ennen tuen aktivointia ja lopullinen siirtymäkin jää noin 16 mm. On myös hyvä tiedostaa, että kun seinän siirtymät pienenevät ottaa maa vähemmän kuormaa ja tuet ja seinä vastaavasti enemmän. Tässä tapauksessa lopullinen tukivoima kasvoi arvosta 217 kN arvoon 238 kN, ja seinän maksimimomentti arvosta 145 kNm arvoon 170 kNm. Kuva 5.4. Lasketut siirtymät kun tukitaso aktivoituu tasolla 1,14 m tapauksella, jossa kuorma aktivoituu vasta tuen jälkeen. Edellä olevassa tapauksessa kuorman aktivointisyvyys oli 1,2 m eli selvästi suurempi kuin tuen aktivointisyvyys 0,9m. Joskus voi olla tarpeen määrittää kuorman aktivointisyvyys mahdollisimman lähelle tuen aktivointisyvyyttä. Tällöin on hyvä pitää mielessä kaksi asiaa. Ensinnäkin käyttäjän antama geometria sovitetaan annettuun elementtijakoon. Toiseksi, jos kuorman ja tuen aktivointisyvyydet osuvat laskennassa samalle syvyydelle aktivoituu kuorma laskennassa aina ensin. Tarkastellaan asiaa edellisen esimerkin valossa antamalla kuorman aktivointisyvyydeksi 1,0 m. Tällöin käy niin, että kuorma ja tuki aktivoituvat samalla syvyydellä ja kuorma siten ennen tukea, jolloin siirtymät kasvavat suuriksi, kuva 5.5. Seinän yläpään siirtymä on nyt yli 60 mm eli lähes samat kun tilanteessa jossa kuorma oli aktivoituna koko ajan. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 24(49) Kuva 5.5. Lasketut siirtymät kun tukitaso aktivoituu kaivusyvyydellä 1,14 m tapauksella, jossa kuorma aktivoituu samalla syvyydellä kuin tuki ja tätä ennen. Kuorma ja tukitaso aktivoituivat laskennassa kaivutasolla 1,14 m. Edellinen kaivutaso oli 0,91 m, mutta pyöristyksistä johtuen tukitaso ei aktivoitunut vielä tällä tasolla. Jotta tuen aktivointisyvyys saataisiin mahdollisimman lähelle määritettyä 0,9 m ja samalla kuorman aktivointi heti tämän jälkeen, voidaan ankkurille antaa negatiivinen työvara. Annetaan työvaraksi nyt -1 mm, jolloin tuen aktivointitaso pyöristyy yhtä ylemmälle tasolle, eli tasolle 0,91m. Vastaava siirtymäkuvaaja kaivusyvyydellä 1,14 m on esitetty kuvassa 5.6. Seinän yläpään siirtymä kuorman aktivoiduttua on nyt vain 2 mm ja maksimi siirtymä noin 15 mm. Maksimi tukivoima on nyt noin 240 kN ja momentti 172 kNm. Kuva 5.6. Lasketut siirtymät kaivusyvyydellä 1,14 m kun tukitaso aktivoituu kaivusyvyydellä 0,91 m ja aluekuorma kaivusyvyydellä 1,14 m. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 25(49) 6. Kalliotappi Tarkastellaan seuraavaksi kalliotapin vaakasuuntaisen jousen jäykkyyden vaikutusta tapauksessa, jossa kaivu ei ulotu pontin alareunaan (vertaa luku 3). Esimerkin geometria on esitetty kuvassa 6.1. Samples kansiosta löytyvän laskentatiedoston nimi on Tukiseinä_käyttöohje_esimerkki6.gcsu. Kuva 6.1. Kalliotappi esimerkin geometria. Tarkastellaan kalliotapin vaakajäykkyyden suhteen kahta tapausta; tapaus 1 vaakasuuntaan täysin jäykkä jousi ja tapaus 2 – vaakasuuntaisen jousen arvo 2 kN/mm/m. Esimerkin maakerrosten parametritiedot, tukiseinän ja ankkuritiedot on esitetty kuvassa 6.2. Kuva 6.2. Kalliotappiesimerkin lähtötiedot. Tässä kalliopultin vaakajäykkyys 2 kN/mm/m. Täysin jäykkä kalliotappi voidaan mallintaa antamalla Horizontal stiffness kohtaa suuri arvo, esim. 2000. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 26(49) Esimerkin tulokset on esitetty jäykän kalliopultin osalta kuvassa 6.3 ja vaakasuuntaan joustavan tapin osalta kuvassa 6.4. Jos pultti oletetaan täysin jäykäksi vaakasuunnassa, on siihen kohdistuva leikkausvoima noin 165 kN/m. Kun vaakasuuntaista jäykkyyttä kuvaavan jousen arvoksi on annettu 2kN/mm/m, on pulttiin kohdistuva leikkausvoima noin 75 kN/m. Kuvista nähdään myös, että kun kalliotappi ei ole täysin jäykkä, mobilisoituu silttikerroksen maanpaineesta huomattavasti suurempi osa. Tässä tapauksessa ankkurivoimissa ei ole juurikaan eroa tapausten välillä. Kuva 6.3. Kalliotappiesimerkin tulokset kun tappi mallinnettu täysin jäykäksi vaakasuunnassa. Kuva 6.4. Kalliotappiesimerkin tulokset kun tapin vaakasuuntainen jäykkyys on 2 kN/mm/m. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 27(49) 7. Eurokoodin mukaiset maanpainekertoimet ja varmuuden laskeminen 7.1. Yleistä Eurokoodin EN 1997-1 liitteessä C on esitetty eurokoodin mukaiset suositeltavat maanpainekertoimet. Nämä poikkeavat Coulombin teorian mukaisista arvoista, ja niitä voidaan pitää tätä oikeimpina, sillä ne eivät yliarvioi passiivipainetta suurilla seinäkitkan arvoilla niin kuin Coulombin teoria tekee. Geocalc ohjelmassa käyttäjä voi halutessaan syöttää omat maanpainekertoimien arvot niin lepopaineelle, kuin aktiivi- ja passiivipaineillekin. Tarkastellaan ohjeen RIL 207 mukaista tukiseinäesimerkkiä (kohta 13.5S Esimerkki 5:Tukiseinä), kuva 7.1. Samples kansiosta löytyvän laskentatiedoston nimi on Tukiseinä_käyttöohje_esimerkki7.gcsu. Muuttuva kuorma qk 10 kN/m 2 +20,0 Vaakatuki +19,0 Hiekka 3 γ = 18 kN/m φ’ = 32 ° +16,0 1,4 m Kuva 7.1. Yhdeltä tasolta tuettu tukiseinä hiekassa, RIL 207, esimerkki5. Maanpainekertoimet otetaan eurokoodista EN-1997-1 Liitteen C taulukoista. Aktiivimaanpainekerroin Ka = 0,26 ja passiivimaanpainekerroin Kp = 5,2 Seinän lyöntisyvyys on laskettu ottamalla momenttitasapaino tukipisteen suhteen. Eurokoodin mukainen tukiseinän laskenta tehdään mitoitustavalla DA2 käyttäen kuormayhdistelyitä 6.10 a) ja 6.10 b). Tässä esimerkissä on kummallakin kuormayhdistelmällä saatu lyöntisyvyydeksi 1,4 m. Kuormayhdistelmässä 6.10 a) otetaan huomioon ainoastaan pysyvät kuormat ja kuormayhdistelykaava on muotoa; 1,35 KFI Gkj,sup+ 0,9 Gkj,inf (yht.6.10a) Käytännössä tämä tarkoittaa, että maanpaine ja vedenpainekuorma tai niiden vaikutukset kerrotaan pysyvän kuorman osavarmuusluvulla 1,35 (Seuraamusluokassa CC2) Kuormayhdistelmässä 6.10b) otetaan myös muuttuvat kuormat huomioon, ja se on muotoa; 1,15 KFI Gkj,sup + 0,9 Gkj,inf + 1,5 KFI Qk,1+ 1,5 KFI Σ ψ0,i Qk,i (yht.6.10b) Mitoitustavassa DA2 laitetaan varmuus kuormien ohella myös kestävyyteen. Tukiseinälaskennassa tämä tarkoittaa passiivipainetta, ja sen osavarmuusluku on 1,5. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 28(49) Laskettaessa tukiseinää jousimallilla, kuten GeoCalc ohjelmalla, ei osavarmuuslukuja kuitenkaan kohdenneta suoraan kuormiin tai passiivipaineeseen. Kaikki maaparametrit, maanpaineet, nettovedenpaine ja muut pysyvät kuormat sisällytetään laskentoihin niiden ominaisarvoina. Muuttuvat kuormat otetaan kuromayhdistelmässä 6.10 b) laskelmiin arvolla q = qk(γQ/γG), jolla otetaan huomioon kuormien osavarmuuslukujen ero. Näin lasketut tukireaktiot, seinän rasitukset (kuten taivutusmomentti) ja mobilisoitunut maan kestävyys eivät sisällä osavarmuuksia, vaan ovat ominaisarvoja. Suurreiden mitoitusarvot saadaan kertomalla ne epäedullisen pysyvän kuorman osavarmuusluvulla γG Edellä esitetyn mukaisesti on γG = 1,35 kuormitustapauksella 6.10 a ja γG = 1,15 kuormitustapauksella 6.10 b). Riittävä seinän lyöntisyvyys, eli varmuus seinän alaosan pyörähtämiselle voidaan yhdeltä tasolta tuetulla seinällä laskea GeoCalc ohjelmalla. Monissa ohjeissa (RIL 207, Designers guide to Eurocode 1997-1) suositellaan, että jousimalleissa varmistetaan, että laskennassa mobilisoitunut maan kestävyys (passiivipaine) ei ylitä mitoitusarvoa. Maksimi mobilisaatio saadaan epäedullisen pysyvän kuorman ja maan kestävyyden osavarmuuslukujen tulon käänteisarvona, eli 1/γG γRe = 1/(1,35*1,5) = 1/2.03 =0,49 kuormitustapaukselle 6.10 a) ja 1/γG γRe = 1/(1,15*1,5) = 1/1,73 =0,58 kuormitustapaukselle 6.10 b). Kokonaisvarmuus seinän alaosan pyörähtämiselle tulee siis olla noin 2,0 kuormitustapaukselle 6.10 a) ja vähintään 1,73 kuormitustapaukselle 6.10 b). Geocalc ohjelma laskee sekä mobilisaation, että varmuuden pyörähtämistä vastaan. On syytä kuitenkin huomata, että nämä tavat eivät ole yhteneviä, katso tarkemmin teoriamanuaalista. Lasketaan esimerkki GeoCalc ohjelmalla. Maanpainekertoimet syötetään suoraan valitsemalla Earth Pres. Model valikosta User-defined ja syöttämällä halutut arvot sarakkeisiin Ka ja Kp, kuva 7.2. Kuva 7.2. Maanpainekertoimien syöttäminen suoraan lukuarvoina. Valitaan pontiksi Larssen 21, ja annetaan vaakasuora ankkuri ankkurivälillä 1m jolloin tukkivoima/m saadaan suoraan ankkurikuvaajasta. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 29(49) 7.2. Kuormayhdistely 6.10 a) Lasketaan ensi kuormayhdistelmä 6.10 a) (ei muuttuvia kuormia). Laskennasta saatu momentti- ja ankkurivoimakuvio on esitetty kuvassa 7.3. Kuva 7.3. Momentti- ja ankkurivoimakuvio kuormayhdistelmällä 6.10 a). Laskennasta saatu maksimimomentti on Mk = 25,3 kNm ja tukivoima Tk = 21,4 kN. Mitoitusarvot saadaan kertomalla luvut pysyvän kuorman osavarmuusluvulla 1,35, jolloin Md = 34,2 kNm ja Td = 28,9 kN. Vastaavat arvot perinteisestä käsinlaskennasta ovat Md = 34,2 kNm ja Td = 31,2 kN. Kuvassa 7.4 on esitetty laskennan maanpaine ja varmuuskuvaajat. Kuten kuvasta havaitaan, on Geocalc laskenut viimeisellä kaivuvaiheelle varmuuden F = 2,09 (vrt. vaatimus F > 2,03), passiivipaineen mobilisaatioasteen 0,48 ja passiivipaineen tehokkaan mobilisaatioasteen 0,53 (katso määritykset teoriamanuaalista). Kuva 7.4. Maanpaine ja varmuuskuvaajat kuormayhdistelmällä 6.10 a). ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 30(49) 7.3. Kuormayhdistely 6.10 b) Lasketaan seuraavaksi kuormayhdistelmä 6.10 b). Muuttuva kuorma kerrotaan ensin luvulla γQ/γG = 1,5/1,15 ≈ 1,3. Laskelmaan sijoitetaan siis laaja-alainen 13 kPa suuruinen kuorma. Laskennasta saatu momentti- ja ankkurivoimakuvio on esitetty kuvassa 7.5. Kuva 7.5. Momentti- ja ankkurivoimakuvio kuormayhdistelmällä 6.10 b). Laskennasta saatu maksimimomentti on Mk = 32,1 kNm ja tukivoima Tk = 31,6 kN. Mitoitusarvot saadaan kertomalla luvut pysyvän kuorman osavarmuusluvulla 1,15, jolloin Md = 36,9 kNm ja Td = 36,3 kN. Vastaavat arvot perinteisestä käsinlaskennasta ovat Md = 35,3 kNm ja Td = 38,5 kN. Kuvassa 7.6 on esitetty laskennan maanpaine ja varmuuskuvaajat. Kuten kuvasta havaitaan, on Geocalc laskenut viimeisellä kaivuvaiheelle varmuuden F = 1,77 (vrt. vaatimus F > 1,73), passiivipaineen mobilisaatioasteen 0,57 ja passiivipaineen tehokkaan mobilisaatioasteen 0,61. Kuva 7.6. Maanpaine ja varmuuskuvaajat kuormayhdistelmällä 6.10 b). Laskennan tuloksena voidaan todeta, että 1,4 m lyöntisyvyys on riittävä kummallakin kuormayhdistelyllä, ja että seinän mitoittava momentti ja tukkivoima ovat Md = 36,9 kNm ja Td = 36,3 kN. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 31(49) 8. Esijännitetyt ankkurit, Eurokoodi Eurokoodi SFS EN1997-1 ei kerro yksityiskohtaisesti miten esijännitetyillä ankkureilla varustettu seinä tulisi mitoittaa. Asiaa tarkastellaan tässä lähinnä Designers guide to EN 1997-1 (Frank et al. 2004) antamien suositusten pohjalta sovitettuna Suomen kansalliseen liitteen määräyksiin ja suomalaiseen käytäntöön. Tarkastellaan kuvaan 8.1 mukaista kaivantoa jonka mitoitus syvyys on 4m, ja siihen suunniteltua yhdeltä tasolta tuettua tukiseinää. Maapohja muodostuu karkearakeisesta täyttömaakerroksesta, sen alapuolisesta pehmeästä savikerroksesta ja o moreenikerroksesta ennen kallionpintaa. Täyttökerroksen kitkakulmaksi on arvioitu 34 ja o moreenin 39 , jolloin käyttämällä seinäkitkakulmalle arvoa 2/3φ saadaan eurokoodin taulukoiden mukaisesti maanpainekertoimet Ka = 0,24 ja Kp = 7 täyttökerrokselle ja Ka = 0,19 ja Kp = 10 moreenille. Seinän takana on 6m leveä työmaa-alue jolla otaksutaan vaikuttavan 10 kPa tasainen kuorma. Seinän takana on siirtymille herkkiä rakenteita, mistä johtuen seinän suurimmaksi sallituksi siirtymäksi on annettu 25 mm. Tuenta on tarkoitus tehdä ulkopuolisilla kallioon ankkuroiduilla vetotangoilla. Esimerkin geometria ja käytetyt parametrit on esitetty kuvassa 8.1. Samples kansiosta löytyvän laskentatiedoston nimi on Tukiseinä_käyttöohje_esimerkki8.gcsu. Kuva 8.1 8.1. Esimerkin geometria ja lähtötiedot. Käyttörajatilatarkastelu Käyttörajatilan ehtona on, että seinä saa siirtyä vaakasuunnassa maksimissaan 25 mm. Sopiva tuentaratkaisu saadaan iteroimalla. Koska seinän tuenta toteutetaan ulkopuolisilla ankkureilla, edellyttää se käytännössä ankkurien esijännitystä. Kokeilemalla on tässä päädytty alustavasti ponttiseinään PU12 jonka taivutusvastus EI = 45360 kNm2, ja 40 mm tankoankkureihin jotka asennetaan 3 m välein 1,6m etäisyydelle maanpinnasta. Ankkureiden esijännitysvoimaksi valitaan 180 kN. Seinän maksimisiirtymäksi saadaan 22 mm ja ankkureiden maksimivoimaksi 392 kN, katso kuva 8.2. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 32(49) Kuva 8.2 8.2. Käyttörajatilan mukainen tarkastelu, viimeinen kaivuvaihe. Murtorajatilatarkastelu Eurokoodin SFS EN1997-1 mukainen murtorajatilatarkastelu tehdään käyttäen kuormayhdistelykaavoja 6.10 a) ja b). Kuormayhdistelyssä 6.10 a) on mukana ainoastaan pysyvät kuormat, jolloin tässä tapauksessa jätetään seinän takana oleva 10kPa varastokuorma pois laskennasta. Eurokoodia käsittelevien suunnitteluohjeiden (RIL 2072009, Designers Guide to Eurocode) mukaan jousimalleihin perustuva tukiseinälaskenta tehdään sisällyttämällä kaikki maaparametrit, nettovedenpaine ja muut pysyvät kuormat kuten maanpaine laskentaan niiden ominaisarvoina, ja muuttuvat kuormat arvolla q= qk*(γQ/γG), katso kappale 7. Poikkeuksena tästä Designers guide suosittelee, että ankkurien esijännitysvoima käsiteltäisiin edullisena kuormana jolloin käyttörajatilatarkastelusta saatu esijännitysvoima kerrottaisiin edullisen kuorman osavarmuusluvulla. On kuitenkin syytä huomata, että eurokoodin suositusarvo edullisen pysyvän kuorman osavarmuusluvulle on 1,0 kun suomen kansallisen liitteen arvo on 0,9. Koska tarkoituksena on tehdä mahdollisimman lähellä ominaisarvoja oleva laskenta ja kohdistaa varmuus kuormien vaikutuksiin suositellaan tässä että esijännitysvoima otetaan laskentaan ominaisarvollaan. Esijännitysvoiman pienentäminen yleensä pienentää myös ankkurin mitoituskuormaa, eli johtaa epävarmalle puolelle. 8.2.1. Kuormayhdistely 6.10 a) Laskenta tehdään edellä esitetyn mukaisesti ominaisarvoilla ilman ulkoista kuormaa käyttäen käyttörajatilatarkastelusta saatua 180 kN esijännitysvoimaa (sen ominaisarvoa). On kuitenkin syytä huomata, että käyttörajatilatarkastelu tehtiin ulkoisen kuorman kanssa. Näin saatu esijännitysvoima voi osoittautua liian suureksi kun laskelmat tehdään kuormayhdistelykaavalla 6.10 a), eli ilman tilapäisiä kuormia. Kuvassa 8.3 on esitetty laskennan tulos viimeiseltä kaivuvaiheelta käytettäessä 180 kN esijännitysvoimaa. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 33(49) Kuva 8.3 Murtorajatilatarkastelu kuormayhdistelykaavalla 6.10 a) ja 180 kN esijännitysvoimalla. Kuvasta 8.3 havaitaan ankkurivoimalla melko erikoinen käyttäytyminen heti esijännityksen jälkeen. Aluksi kuorma kasvaa jyrkästi ja pienenee tämän jälkeen. Tämä johtuu tarpeettoman suuren esijännitysvoiman aiheuttamasta iterointiongelmasta. Tapaukselle jossa ulkoista kuormaa ei ole lainkaan, on oikean suuruinen esijännitysvoima luokkaa 100 kN. Kuvassa 8.4 on esitetty vastaava tarkastelu käyttäen 100 kN esijännitysvoimaa. Näin laskettuna ankkurivoima kasvaa koko ajan kaivusyvyyden mukana. Kummallakin tavalla lasketut maksimimomenttit, -siirtymät ja ankkurivoimat ovat tässä tapauksessa kuitenkin käytännössä samat. Esimerkki tuo kuitenkin esiin sen, että tarvittaessa on tehtävä myös kuormayhdistelyä 6.10 a) vastaava käyttörajatilatarkastelu lähtökohdaksi murtorajatilatarkastelulle. Seinän maksimimomentiksi saatiin (esijännitysvoimalla 100 kN) 114kNm ja ankkurivoimaksi 312 kN. Niiden mitoitusarvot saadaan kertomalla luvut kuormayhdistelmän 6.10 a) mukaisella pysyvän kuorman osavarmuusluvulla γd = 1,35. Mitoitusarvot ovat näin ollen Md = 154 kNm ja Td = 422 kN. Kuva 8.4 8.2.2. Murtorajatilatarkastelu kuormayhdistelykaavalla 6.10 a) ja 100 kN esijännitysvoimalla. Kuormayhdistely 6.10 b) Kuormayhdistelykaavaa 6.10 b) käytettäessä laskentaan otetaan mukaan kaikki kuormat. Tilapäinen ulkoinen kuorma otetaan laskentaan arvolla q = qk(γQ/γG) = 60*1,3 = 78 kN/m. Kuvassa 8.5 on esitetty laskennan tulos viimeisen kaivuvaiheen osalta. Seinän maksimimomentiksi saadaan 124kNm ja ankkurivoimaksi 417 kN. Niiden mitoitusarvot ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 34(49) saadaan kertomalla luvut kuormayhdistelmän 6.10 b) mukaisella pysyvän kuorman osavarmuusluvulla γd = 1,15. Mitoitusarvot ovat näin ollen Md = 143 kNm ja Td = 480 kN. Kuva 8.5 8.2.3. Murtorajatilatarkastelu kuormayhdistelykaavalla 6.10 b) ja 180 kN esijännitysvoimalla. Yhteenveto Seinän tuenta valittiin alustavasti käyttörajatilatarkastelun perusteella siten, että seinä täyttäisi sille asetetun 25 mm maksimisiirtymävaatimuksen. Murtorajatilatarkasteluissa saatiin seinän maksimimomentin mitoitusarvoksi Md = 154 kNm kuormayhdistelystä 6.10 a) ja ankkurin maksimi voimaksi Td = 480 kN kuormayhdistelystä 6.10 b). Kuormayhdistely 6.10 b) on hyvin lähellä käyttörajatilatarkastelua, ainoana erona ulkoisen kuorman korottaminen kertoimella 1,3. Kuten kuvasta 8.5 nähdään, toteuttaa 6.10 b) laskenta myös käyttörajatilavaatimuksen. Voikin monesti olla perusteltua aloittaa laskenta suoraan murtorajatilatarkastelusta kuormayhdistelyllä 6.10 b) ja huolehtia samalla käyttörajatilaehdosta. Tämä voi olla perusteltu ratkaisu etenkin silloin, kun muuttuvat kuormat eivät ole huomattavan suuria. a) ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 35(49) b) Kuva 8.6. a) Murtorajatilatarkastelu kuormayhdistelykaavalla 6.10 b), 3,5 m ankkurivälillä ja 250 kN esijännitysvoimalla. b) Murtorajatilatarkastelu kuormayhdistelykaavalla 6.10 a), 3,5 m ankkurivälillä ja 100 kN esijännitysvoimalla. Tässä esimerkissä käyttörajatilatarkastelun perusteella valitut tukiratkaisut eivät ole optimaaliset niiden rakenteellisen kestävyyden kannalta. Seinänprofiilin heikentäminen johtaa helposti suurempiin siirtymiin ja mikäli seinän siirtymille on annettu rajoitus, on siirtymäehto monesti seinän mitoituksen kannalta mitoittava. Ankkureiden mitoitusta voidaan optimoida esim. harventamalla ankkuriväliä ja kasvattamalla samalla esijännitysvoimaa. Kuvassa 8.6 a) on esitetty viimeisen kaivuvaiheen tulos vaihtoehtoisesta tarkastelusta kuormayhdistelykaavalla 6.10 b), jossa ankkuriväli on 3,5m ja esijännitysvoima 250 kN. Kuten kuvasta havaitaan täyttää se myös käyttörajatilavaatimuksen, eli erillistä käyttörajatilatarkastelua ei tarvita. Mitoitus on kuitenkin tarkistettava myös kuormayhdistelylle 6.10 a) joka on esitetty kuvassa 8.6 b). Kuormayhdistelyllä 6.10 b) saadaan mitoitussuureiksi Md = 144 kNm ja Td = 564 kN. Vastaavasti kuormayhdistelyllä 6.10 a) saadaan mitoitussuureiksi Md = 151 kNm ja Td = 491 kN. Lopulliset mitoitusarvot ovat näin ollen Md = 151 kNm ja Td = 564 kN. 9. Porapaaluseinä Porapaaluseinä eroaa mallintamisen osalta muista seinistä lähinnä siinä, että mikäli porapaalut porataan kallioon, ottaa seinän alapää myös momenttikuormia. Porapaalun alapään momenttijäykkyys riippuu mm.; kallioon porattavan osuuden pituudesta, yliporauksen suuruudesta, mahdollisesta injektoinnista ja kallion sekä porapaalun ominaisuuksista Laskennan kalliotappi-ominaisuus sisältää alapään pysty ja vaakasuuntaiset jouset, mutta ei momenttijousta. Kallioon porattavaa osuutta voidaan mallintaa antamalla kalliolle riittävän lujat parametrit. Vaihtoehtoisesti/lisäksi voidaan esim. kallion yläpintaan asentaa tukitaso. Tarkastellaan kumpaakin vaihtoehtoa esimerkin avulla. Porapaaluseinän taivutusjäykkyys määräytyy yhden porapaalun jäykkyyden perusteella, sillä ponttilukko ei käytännössä kasvata jäykkyyttä. Kun siis esim. RD 610 /12,5 paalun 2 taivutusjäykkyys on EI = 219985 kNm , on sitä vastaavan seinän taivutusjäykkyys 2 2 etenemällä 708 mm, EI = 219985 kNm /,708m = 310713 kNm /m Tämä voidaan mallintaa joko antamalla seinätyypiksi Combiseinä ja valitsemalla oikea paalukoko, sekä antamalla paalujen etäisyydeksi seinän etenemä, tai tekemällä porapaaluseinää vastaava tukiseinä ponttiseinäkirjastoon. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 36(49) 9.1. Esimerkki Tarkastellaan oheista esimerkkiä, porapaaluseinä on tyyppiä RD 508, t = 12,5 mm. Seinän etenemä on 572 mm. Mallinnetaan seinä combiseinä-vaihtoehdolla antamalla pystykannattajien etäisyydeksi 0,572 m ja määrittämällä niiden pituus moreenin alapintaan. Seinän takana voidaan ajatella olevan paaluperusteinen rakennus, ja seinän suurimmaksi sallituksi vaakasuuntaiseksi siirtymäksi on annettu 10 mm. Kuva 9.1 Porapaaluseinänesimerkin geometria ja lähtötiedot. Tapaus 1, nivelpäinen seinä Jos seinän kiinnitys kallioon oletetaan nivelpäiseksi, mallinnetaan seinä vain kallion pintaan asti ja laitetaan seinän alapäähän jäykkä kalliotappi. Näin tehdyn laskelman tulos on esitetty kuvassa 9.2. Seinän alapää pysyy liikkumattomana, mutta alapäähän ei synny tukimomenttia. Kuva 9.2 Porapaaluesimerkin tulos kun seinä on kiinnitettynä nivelpäisesti kallioon. Tapaus 2, momenttijäykkä kiinnitys kallioon Kallio voidaan mallintaa maakerroksena ja antamalla sille suuri lujuus ja jäykkyys. Tässä esimerkissä kallio mallinnetaan antamalla sille suuri passiivimaanpainekerroin ja suuri jäykkyys kokoonpuristuvuusmoduulin avulla. Kokeillaan seuraavaksi kahta eri vaihtoehtoa. Annetaan aluksi passiivimaanpainekertoimen arvoksi Kp = 1000 ja kokoonpuristuvuusmoduulin arvoksi M = 100 MPa, kuva 9.3. Toisessa vaihtoehdossa käytetään samaa passiivimaanpainekerrointa, mutta vaakasuuntainen jäykkyys annetaan kymmen________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 37(49) kertaisena, kuva 9.4. Porapaalun upotussyvyys kallioon on kummassakin tapauksessa 2m ja porapaaluun alapään kiinnitys kallioon on mallinnettu kalliotapilla. Kuva 9.3. Porapaaluesimerkki mallintamalla 2m kalliota passiivimaanpainekertoimella Kp = 1000 ja kokoonpuristuvuusmoduulilla M = 100 MPa. Kuva 9.4. Porapaaluesimerkki mallintamalla 2m kalliota passiivimaanpainekertoimella Kp = 1000 ja kokoonpuristuvuusmoduulilla M = 1000 MPa. Kuten kuvista nähdään, kasvattaa vaakasuuntaisen jäykkyyden lisääminen tukimomenttia huomattavasti pienentäen samalla aukkomomenttia ja siirtymää. Vaakasuuntaisen jäykkyyden valinnassa on otettava huomioon, että se ei riipu ainoastaan kallion laadusta vaan siihen vaikuttaa oleellisesti yliporauksen suuruus ja injektoidaanko porareikä vai ei. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 38(49) Tapaus 3, momenttijäykkä kiinnitys kallioon ankkurin avulla Kallion antama vaakasuuntainen tuki voidaan myös mallintaa vaakasuuntaisen tuen (ankkurin) avulla. Ankkuri saadaan aktivoitumaan kaivutason alapuolella käyttämällä negatiivista arvoa työvaralla, kuva 9.5. Näin tehtäessä on kuitenkin aina pidettävä huolta siitä, että ylempi ankkuri aktivoituu ennen alempaa. Kuva 9.5. Kallion yläpintaan annettu liikkumaton tukitaso joka aktivoituu 2m kaivun jälkeen, jolloin seinä liikkunut kallion yläosassa 1 mm. Mallinnetaan seuraavaksi 2 m kalliota maakerroksena jossa on kohtalaisen suuri lujuus ja jäykkyys sekä antamalla ankkuri kallion yläpintaan. Edellisten esimerkkien tapaan porapaalun alapään kiinnitys mallinnetaan kalliotapilla. Annetaan passiivimaanpainekertoimen arvoksi lujan maan arvo Kp = 10 ja kokoonpuristuvuusmoduulin arvoksi M = 100 MPa. Kalliopinnan yläosan tuleva tuki aktivoidaan kun seinä on siirtynyt kalliossa 1 mm. Kuva 9.6. Porapaaluesimerkki mallinnettuna kallion yläpintaan tulevan tuen avulla. Tässä esimerkissä seinän momenttikapasiteetti ei ollut määräävä, vaan seinän mitoitusta ohjasi käyttörajatila. Esimerkistä näkyy kuitenkin, että myös maksimimomenttia voidaan tasata/pienentää momenttijäykällä kiinnityksellä. Kahdella vaihtoehtoisella tavalla ei ole juurikaan eroa, mutta käyttäjän tulisi arvioida kuinka tiivis/jäykkä kiinnitys on – tai kuinka paljon seinä voi siirtyä porareiässä. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 39(49) LIITTEET LIITE 1 Jousimallit ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 40(49) L1. Jousimallit L1.1. Yleistä Jousimalleilla kuvataan maan seinää kuormittavaa/tukevaa vaikutusta seinän siirtyessä, eli maanpaineiden kehittymistä siirtymän funktiona. GeoCalc ohjelmassa on kaksi jousimallia. Kumpikin perustuu saman hyperbelin käyttöön. Hyperbeli sopii hyvin maan epälineaarisen käyttäytymisen kuvaamiseen. Toinen jousimalleista perustuu ääripaineiden kehittymistä vastaavan siirtymän antamiseen (DCM = Dispacement Controlled Model) ja toinen maan muodonmuutosmoduulin antamiseen (MCM = Modulus Controlled model). Vaikka mallit perustuvatkin samaan hyperbeliin, ovat ne kovin erilaisia. On tärkeä ymmärtää, että vaikka mallien parametrit ensisijaisesti määrittävät maan jäykkyyden määrittävät ne myös sen syvyysriippuvuuden. Usein juuri syvyysriippuvuus on tärkein asia seinän oikeanlaisen siirtymäkäyttäytymisen kuvaamiseksi. L1.2. Siirtymäperusteinen malli, DCM Siirtymäperusteisessa mallissa käyttäjä määrittää siirtymät, joilla aktiivi- ja passiivimaanpaine saavutetaan, kuva L1. Käyttäjän antamat arvot ovat kertoimia, joilla kerrotaan jousen vaikutuspisteen etäisyys maanpinnasta (katso Rakennuskaivanto-ohje RKO-1986) tai ns. karakteristinen pituus. Kertoimien δya/Ha ja δyp/Hp arvoja on esitetty esimerkiksi Rakennuskaivanto-ohjeessa ja Eurokoodi 7:ssä. Näiden lisäksi tulee antaa myös suhteellisen siirtymän arvot ξ50a ja ξ50p, joilla 50 % maanpainemuutoksesta tapahtuu. Nämä arvot määrittävät hyperbelin epälineaarisuuden määrän, kuva L2. Passiivimaanpaine pp pp ki ky (pp+p0)/2 k50 p0 ξ50pδyp δyp siirtymä δ Kuva L1. Siirtymäperusteinen hyperbelimalli passivimaanpaineelle. Hyperbelin yhtälöt on esitetty teoriamanuaalissa. Käyttäjän kannalta on oleellista tuntea suhteellisen siirtymäparametrien ξ50a ja ξ50p vaikutus. Kuvassa 2 on esitetty parametrin vaikutus arvoilla 0.1, 0.25 ja 0.5. Kuten kuvasta havaitaan, yksinkertaistuu hyperbeli suoraksi kun parametri saa arvon 0.5 (eli puolet maksimi maanpainemuutoksesta saavutetaan puolella siirtymästä). ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 41(49) pp 0.1 0.25 0.5 p0 pa δya δyp Kuva L2. Suhteellisen siirtymäparametrin ξ50 maanpainekäyttäytymiselle kun ξ50 = 0.1, 0.25 ja 0.5. vaikutus siirtymä- Täysin oleellinen asia siirtymäperusteisen mallin käyttäytymisessä on, mikä pituus siirtymäkertoimilla δya/Ha ja δyp/Hp kerrotaan. Kuten edellä jo mainittiin, voi käyttäjä valita referenssipituudeksi joko tarkastelupisteen etäisyyden maanpinnasta tai niin sanotun karakteristisen pituuden. Suomessa on perinteisesti käytetty paljon ensin mainittua, joka tästä johtuen on GeoCalcissa asetettu oletusvalinnaksi. Tarkastellaan seuraavaksi minkälaiseen jäykkyysprofiiliin eri otaksumat johtavat. L1.1.1. Suljettu leikkauslujuus Kun käytetään suljettua leikkauslujuutta, on passiivipaine; p p = σ v + 2 ⋅ su ja lepopaine; p0 = K 0σ v Jos lepopainekertoimena käytetään arvoa K0 = 1 ja suljettua leikkauslujuutta pidetään vakiona maakerroksessa, on maanpaine-ero vakio 2su. Jos edelleen valitaan, että siirtymäkertoimella kerrotaan pisteen etäisyys maanpinnasta, kasvaa maanpaineen kehittymiseksi tarvittava siirtymä lineaarisesti syvyyden funktiona. Koska maanpaine-ero on vakio, pienenee jäykkyys näin ollen syvyyden kasvaessa suhteessa 1/z. Tällaisen mallin jäykkyysprofiili on siten täysin virheellinen, katso kuva L3. Jos siirtymäkertoimilla kerrotaan puolestaan ns. karakteristinen pituus, eli jokin vakio, saadaan vakio siirtymän ja vakio paine-eron suhteesta vakio jäykkyys. Jos karakteristisen pituuden ohella käytetään syvyyden suhteen kasvavaa moduulia, saadaan syvyyden mukaan kasvava jäykkyys. Jos DCM mallissa käytettään siirtymämittana pisteen etäisyyttä maanpinnasta, tarkoittaa tämä kaivun edetessä sitä, että koska etäisyys maanpintaan pienenee, niin jäykkyys kyseisellä kohtaa seinää kasvaa. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 42(49) Kuva L3. DCM mallin mukainen jäykkyysprofiili käytettäessä suljettua leikkauslujuutta eri otaksumilla. Edellistä esimerkkiä vastaavat, siirtymäperusteisen mallin mukaiset maanpaine-siirtymä kuvaajat lineaarisille (ksii = 0,5) on esitetty kuvassa L4. a) b) c) d) Kuva L4. Siirtymäperusteisen mallin maanpaine-siirtymä kuvaajat lineaarisilla jousilla. a) su vakio, b) su = su0+dsu, c) su vakio ja karakteristinen pituus, d) su = su0 + dsu ja karakteristinen pituus. Kuvien pystyakselina on maanpaine-ero, eli pp-p0. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 43(49) Edellisen esimerkin valossa voisi päätellä, ettei siirtymäperusteinen malli yhdessä suljetun leikkauslujuuden kanssa kuvaa kovinkaan hyvin maan jäykkyyttä, jos siirtymän referenssinä käytetään pisteen etäisyyttä maanpinnasta. Kuvan L4 a) kuvaajista voidaan edelleen päätellä, että vastaavantyyppinen jäykkyys johtaa siihen, että maanpaine mobilisoituu nopeasti lähellä maanpintaa, mutta hitaasti lähellä seinän alapäätä vaikka alapään liikkeet kasvavatkin helpolla suuriksi. Geocalc ohjelmalla laskettu vastaavantyyppinen käyttäytyminen on esitetty kuvassa L5 maanpaineen ja siirtymän osalta. Kuva L5. Maanpaineiden mobilisaatio siirtymäperusteisessa mallissa kun mallin referenssipituutena käytetään pisteen etäisyyttä maanpinnasta, ja lepopaineena käytetään todellisen maanpinnan mukaista lepopainetta. Monella suunnittelijalla on kuitenkin hyviä kokemuksia vastaavanlaisen siirtymämallin käytöstä toisilla laskentaohjelmilla. Näitä malleja on myös kalibroitu toteutetuista tukiseinistä tehdyillä siirtymämittauksilla, ja saatu ns. pöytälaatikkoparametreja. Huomionarvoista näissä on se, että kalibroidut siirtymäkertoimet ovat suurempia kuin esim. Rakennuskaivanto-ohjeen mukaiset. Edellinen esimerkki ei ottanut kantaa siirtymän suuruuteen, mutta helpolla voisi päätellä, että siirtymät ennemmin kasvavat ainakin seinän alaosassa liian suuriksi. Asiaan vaikuttaa kuitenkin vielä yksi seikka, joka jää helpolla huomaamatta. Yleisimmin aiemmin käytetyssä ohjelmassa, Saarelman tukiseinäohjelmassa, oletetaan, että passiivipuolella säilyy pintakerrosta lukuun ottamatta alkuperäinen lepopainetilanne. Kun passiivimaanpaine kuitenkin lasketaan kaivutason maanpintaa vastaavan pystyjännityksen mukaan, tarkoittaa tämä käytännössä, että maanpaine-ero mobilisoituu ilman siirtymää. Tästä johtuen käyttäytyminen on jäykempää, ja kalibroidut parametrit ovat löysempiä. GeoCalc ohjelmassa vastaavanlainen käyttäytyminen saadaan aikaan valitsemalla Advanced soil parameters kohdasta että lepopaine kaivannonpuolella lasketaan kimmoteorian mukaan, ja antamalla Poissonin luvulle lähellä nollaa oleva arvo. Kuvassa L6 on esitetty vastaava tapaus kun kuvassa L5 ainoastaan sillä erolla, että lepopaine kaivannon puolella määräytyy alkuperäisen maanpinnan mukaan. Kuten kuvasta havaitaan on passiivipaine vastaavassa kaivuvaiheessa nyt täysin mobilisoitunut vaikka siirtymät ovat selvästi pienempiä. Kuvasta havaitaan myös, että kaivupuolella lepopaine on nyt sama kuin passiivimaanpaine. Aktiivimaanpaine ei tässä tapauksessa ole kuitenkaan lähestulkoonkaan mobilisoitunut, eli maanpaineiden siirtymäkäyttäytyminen on virheellinen. Esimerkki korostaa myös sitä, että passiivimaanpaineen mobilisaatioaste on huono mitta varmuudelle, koska se on täysin riippuvainen käytetystä mallista ja sen parametreista (jos malli kuvaa maanpaineiden siirtymäkäyttäytymistä realistisesti, on passiivimaanpaineen mobilisaatio toki kelpo mitta varmuudelle). Esimerkistä voidaan todeta, että laskentatapa jossa lepopaine lasketaan alkuperäisen maanpinnan mukaan myös kaivannon puolella antaa vääränlaisen maanpaineiden mobilisaation. Tämä ei suoraan tarkoita, että ns. pöytälaatikkoparametrit olisivat virheellisiä. Jos malli ja sen parametrit on kalibroitu tietyntyyppisissä olosuhteissa voivat ne ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 44(49) hyvin antaa oikeanlaisen siirtymäkäyttäytymisen vaikka malli itsessään olisikin puutteellinen. Tällaisen mallin ja sen parametrin yleistäminen on kuitenkin hyvin haastavaa. Kuva L6. Maanpaineiden mobilisaatio siirtymäperusteisessa mallissa kun mallin referenssipituutena käytetään pisteen etäisyyttä maanpinnasta, ja lepopaineena käytetään alkuperäisen maanpinnan mukaista lepopainetta. L1.1.2. Tehokkaat lujuusparametrit Käytettäessä tehokkaita lujuusparametreja siirtymäperusteisen mallin käyttäytyminen muuttuu oleellisesti. Jos koheesio on nolla, on passiivimaanpaine suoraan verrannollinen vallitsevaan tehokkaaseen pystyjännitykseen, eli; p p = K p ⋅ σ v ' = K p ⋅ (γ ⋅ z − u ) Ideaalitapauksessa passiivimaanpaine, tai oleellisemmin passiivi- ja lepopaineen erotus kasvaa lineaarisesti syvyyden funktiona. Jos siirtymän referenssiksi on otettu pisteen etäisyys maanpinnasta, kasvaa myös maanpaineen mobilisoitumiseksi tarvittava siirtymä lineaarisesti syvyyden funktiona. Jäykkyyden arvo syvyyden funktiona on siten vakio jaettuna vakiolla eli vakio, katso kuva L7. Jos lujuus muodostuu kitkan ohella myös koheesiosta, saadaan hieman samanlainen käyttäytyminen kuin suljetulla leikkauslujuudella. Jäykkyyden pieneneminen ei kuitenkaan ole yhtään niin dominoiva. Jos referenssinä käytetään karakteristista pituutta. Kasvaa jäykkyys lineaarisesti syvyyden funktiona. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 45(49) Jäykkyys kPa/m 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 0 1 syvyys m 2 3 4 f = 38, c = 0 5 f = 38, c = 5 f = 38, c = 0, kar pit. = 4 f = 38, c = 5, kar pit. = 4 6 Kuva L7. DCM mallin mukainen jäykkyysprofiili käytettäessä tehokkaita lujuusparametreja eri otaksumilla. Edellistä esimerkkiä vastaavat, siirtymäperusteisen mallin mukaiset maanpaine -siirtymä kuvaajat lineaarisille jousille (ksii = 0,5) on esitetty kuvassa L8. a) b) c) d) Kuva L8. Siirtymäperusteisen mallin maanpaine -siirtymä kuvaajat lineaarisilla jousilla. a) c = 0, b) c > 0, c) c =0 ja karakteristinen pituus, d) c > 0 karakteristinen pituus. Kuvien pystyakselina on maanpaine-ero, eli pp-p0. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 46(49) L1.3. Moduuli perusteinen malli (MCM) Moduuliperusteisessa mallissa (MCM) käytetään samaa hyperbolista funktiota kuin siirtymäperusteisessa mallissa. Siirtymän sijasta jäykkyys määritetään nyt moduulin avulla. Koska maan pystysuuntainen kokoonpuristuvuusmoduuli tunnetaan yleensä eri moduuleista parhaiten, annetaan jäykkyys sen avulla, ja ohjelma muuttaa sen automaattisesti vaakasuunteiseksi, tasotapausta vastaavaksi jouseksi. Muunnos on esitetty tarkemmin teoriamanuaalissa. Lopputuloksena on, että vaakasuuntainen jäykkyys on avoimen tilan tapauksessa: kh 50 * = 0.8 ⋅ M ja suljetun tilan tapauksessa: kh 50 * = 1.1 ⋅ M Suljetussa tilassa saadaan siis samoilla parametreilla hieman jäykempi käyttäytyminen kuin avoimessa tilassa. Moduuliluvun ja jännityseksponentin lisäksi jäykkyyden kuvaamisen on lisätty ylikonsolidaatiota kuvaava parametri k. Kokoonpuristuvuusmoduuli määritetään siten yhtälöllä: σ ' M = m ⋅ σ a ⋅ v σa missä m n σv’ σa OCR k = = = = = = 1− n ⋅ OCR k (1− n ) ( 41 ) moduuliluku jännityseksponentti tehokas pystyjännitys vertailujännitys = 100 kPa kaivuusen liittyvä ylikonsolidaatioaste jännityseksponentti, k = [0,1] Ylikonsolidaation osalta oleellista on, että sillä tarkoitetaan tässä yhteydessä kaivannon puoleisen maan jännitystilan suhdeta alkuperäisen maanpinnan mukaiseen jännitystilaan. Jos jännityseksponetille k annetaan arvo 1, lasketaan moduuli käytännössä alkuperäisen jännitystilan mukaan. Jos k saa arvon k = 0, lasketaan moduuli aina kaivuvaihetta vastaavan jännitystilan mukaan, katso kuva L9. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 47(49) Clay, m = 10, n = 0 M loading M exc., k = 1 M loading M exc., k = 1 M exc., k = 0,5 M exc., k = 0,1 M exc., k = 0,5 M exc., k = 0,1 14000 800 12000 700 10000 600 Modulus M [kPa] Modulus M [kPa] Sand, m = 150, n = 0,5 8000 6000 4000 2000 500 400 300 200 100 0 0 0 20 40 60 Effective stress [kPa] 0 80 20 40 60 Effective stress [kPa] 80 Modulus M [kPa] 0 Modulus M [kPa] 0 5000 10000 15000 20000 2 2 4 Depth [m] 0 Depth [m] 4 6 1500 8 10 10 12 12 M exc., k = 0,1 1000 6 8 M excav. stress 500 0 M init. stress M exc., k = 0,5 M excav. stress M init. stress M exc., k = 0,1 M exc., k = 0,5 M exc., k = 1 M exc., k = 1 Kuva L9. Kokoonpuristuvuusmoduulin M jännitys ja syvyysriippuvuus tyypilliselle hiekalle ja savelle parametrin k eri arvoilla. Edellä mainittujen parametrien lisäksi hyperboolinen funktion skaalataan parametrilla Rf . Parametrin oletusarvo on 0,98, mutta käyttäjä voi muuttaa sitä. Yleensä oletusarvoa ei ole syytä muuttaa, mutta jos halutaan laskea lineaarisella mallilla, annetaan parametrin arvoksi Rf = 0. MCM mallin osalta on olennaista tiedostaa, että moduuliluku ja jännityseksponentti eivät suoraan määrää maanpaine siirtymä käyttäytymistä vaan maan jäykkyyden syvyysriippuvuuden. Annetuilla parametreilla m, n ja k lasketaan aina kyseistä syvyyttä vastaava kokoonpuristuvuusmoduuli ja siitä edelleen jousivakio kh50, joka kuvaa jäykkyyttä puoliväliin mahdollisesta maanpainemuutoksesta, katso kuva L10. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 48(49) pp ki (pp+p0)/2 k50 p0 siirtymä δ Kuva L10. Moduuliperusteinen hyperbelimalli passiivimaanpaineelle. Jäykkyyden referenssiarvo k50 määräytyy annettujen muodonmuutosparametrien m,n ja k perusteella. Kuvassa L11 on esitetty kokoonpuristuvuusmoduulin/jousivakion syvyysriippuvuus eri jännityseksponentin arvoilla. Jännityseksponentin arvolla n = 0, saadaan siis lineaarisesti syvyyden mukaan (tehokkaiden jännitysten mukaan) kasvava jäykkyys ja arvolla n = 1 vakio moduuli. Kuva L11. MCM mallin mukainen jäykkyysprofiili eri jännityseksponentin arvoilla. Koska moduuliperusteisissa malleissa maan jäykkyys määritetään suoraan, eikä lujuus vaikuta siihen, ei ole tarpeen tarkastella erikseen suljetun leikkauslujuuden ja tehokkaiden lujuusparametrien tilanteita. Oleellista parametrien valinnassa on kuitenkin, mikä maalaji on kyseessä. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi 49(49) Savi Saven kokoonpuristuvuusmoduulikäyrä jakaantuu kahteen, oleellisesti erilaiseen osaan esikonsolidaatiojännityksen eri puolin. Näille molemmille määritetään ödometrikokeessa omat moduuliluvut ja jännityseksponentit. Tukiseinälaskennassa ei kuitenkaan ole tarkoitus mallintaa tätä jännitys-muodonmuutoskäyttäytymistä, vaan sitä kuinka referenssijäykkyys kh50 muuttuu syvyyden mukaan. Tukiseinää vastaavan kuormitustilanteen voidaan yleisesti katsoa olevan ylikonsolidoituneella alueella, joten parametrit tulisi pääsääntöisesti valita sieltä. Ödometrikokeessa ylikonsolidoitunutta aluetta kuvataan usein vakio kokoonpuristuvuusmoduulilla, jota kuvaa jännityseksponentti n = 1. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että jännityseksponentiksi tulisi aina valita 1. Myös ylikonsolidoitunutta tilaa vastaava vakiokokoonpuristuvuusmoduuli kasvaa syvyyden (jännityksen kasvun) myötä samassa maakerroksessa. Kasvu on yleensä lineaarista syvyyden funktiona, jota vastaa jännityseksponentin arvo 0. Tämä onkin ehkä monasti suositeltavin tapa mallintaa saven jäykkyyttä. Valinta riippuu kuitenkin myös siitä, miten lujuus on annettu. Kokoonpuristuvuusmoduulia arvioidaan monesti suljetun leikkauslujuuden funktiona kun tarkempaa tietoa ei ole. Esim. paalutusohjeissa on esitetty että saven moduulia voitaisiin arvioida kertoimella 150/β lyhytaikaisessa ja 50/β pitkäaikaisessa tilanteessa. Jos savelle käytetään vakiosuljettua leikkauslujuutta, on ehkä loogista, että kokoonpuristuvuusmoduulikin olisi vakio esim. M = 200su. Tätä vastaava moduuliluku olisi m = 2su ja jännityseksponentti siis n = 1. Jos siis esimerkiksi suljettu leikkauslujuus on su = 10 kPa, saadaan m = 20 ja n = 1, mikä vastaa kokoonpuristuvuusmoduulin arvoa M = 2000 kPa. Jos saven oletetaan olevan normaalikonsolidoitunutta, ja lujuuden kasvavan tehokkaiden jännitysten mukaan; su = 0,25*σv0’ saadaan esim M = 150…200*su = 150…200*0,25*σv0’ = 37,5…40*σv0’, eli M 0 37,5…40 ja n = 0. Ödometrikokeessa normaalikonsolidoituneelle savelle saadaan tyypillisesti ylikonsolidoituneella alueella että M = 1500…3000. Tuota pienempiäkin arvoja voi tulla, mutta on hyvä pitää mielessä, että ödometrikokeen ylikonsolidoitunut osa kärsii monesti näytteen häiriintymisestä. GeoCalcissa käytettävää moduulia ohjaa lisäksi undrained/drained valinta. Edellä esitetty mikä ero näillä on laskettaessa kokoonpuristuvuusmoduulista vaakasuuntainen jousivakio (1,1/0,8). Undrained valinnalla käytetään kokonaisjännityksiä maanpaineiden laskemisessa. Tämä valinta on ehkä hieman virheellisesti tullut myös kokoonpuristuvuusmoduulin laskentaan. Tällöin tunnetut parametrit saattavat antaa liian suuren jäykkyyden jos jännityseksponentti on esim. 0. Lineaarisella syvyyden kasvulla (n = 0) asia voidaan kompensoida kertomalla moduuliluku γ’/γ suhteella. Kitkamaat Kitkamailla kokoonpuristuvuusmoduuli määritetään yleensä kairausvastuksen perusteella. Kairausvastukseen/maalajiin/tiiviyteen perustuvia taulukoita on esitetty mm. Tiehallinnon ohjeissa (esim. Pohjarakennusohjeet sillansuunnittelussa, TIEL 2172068). Hiekoilla ja tätä karkeammilla maalajeilla jännitysriippuvuus korreloi yleensä hyvin jännityseksponentin 0,5 kanssa. Silteillä voidaan käyttää tätä pienempää arvoa, kuitenkin > 0. ________________________________________________________________________________________________________ Vianova Systems Finland Oy Vaisalantie 6 FIN-02130 Espoo Puh (09) 2313 2100 Fax (09) 2313 2250 [email protected] www.vianova.fi
© Copyright 2024