1. No category

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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
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
etunimi.sukunimi@vianova.fi
www.vianova.fi