VERTAILULASKELMAT SFS-EN :N KANSALLISEN LIITTEEN LAATIMISTA VARTEN

Transkriptio

1 VERTAILULASKELMAT SFS-EN :N KANSALLISEN LIITTEEN LAATIMISTA VARTEN Henry Gustavsson Teknillinen korkeakoulu Pohjarakennus ja maamekaniikka

2 2 VERTAILULASKELMAT SFS-EN :N KANSALLISEN LIITTEEN LAATIMISTA VARTEN... 1 Alkulause Johdanto Tutkimuksen sisältö Yleistä Tutkimuksen suorittajat ja rahoittajat Eurokoodijärjestelmä Eurokoodi 7:n osavarmuusluvut ja mitoitustavat Yleistä Murtorajatilat Kuormien tai niiden vaikutusten osavarmuusluvut ja yhdisteleminen Kestävyyden osavarmuusluvut Korrelaatiokertoimet paalujen kestävyyden ominaisarvojen määrittämiseksi Perustusten geotekninen kantokestävyys Kantokestävyyden laskentakaavat ja kestävyyskertoimet Varmuusluvut Anturaperustus, keskeinen kuormitus Laskentamenetelmät Kertoimien laskenta Anturan mitat eri menetelmillä ja kuormitusyhdistelmillä Johtopäätelmiä Anturaperustus, epäkeskeinen kuormitus Laskentamenetelmät Kuormitusyhdistelyt ja käytettävät osavarmuusluvut Anturan mitat laskentaesimerkin mukaisilla kuormilla Paalujen geotekninen kantokestävyys Paalujen korrelaatiokertoimien arvot ja niiden vaikutus kokonaisvarmuuteen Paalun varmuuslukuvertailu staattisten koekuormitusten perusteella Paalun varmuuslukuvertailu pohjatutkimustulosten perusteella Paalun varmuuslukuvertailu dynaamisten koekuormitusten perusteella Kokonaisvarmuusluku tulosten keskiarvojen perusteella (ξ 5 ) Kokonaisvarmuusluku tulosten minimiarvojen perusteella (ξ 6 ) Kulmatukimuuri maanvaraan Lähtötiedot Kansallisen liitteen lausuntoversion mukaiset laskelmat Lopullisen kansallisen liitteen mukaiset laskelmat Kulmatukimuuri kallion varaan Lähtötiedot Tehdyt laskennat ja niiden tulokset Ponttiseinät Ponttiseinä savimaassa: Tehdyt vertailulaskelmat ja niiden tulokset Ponttiseinä hiekassa Tie- ja ratapenkereiden sekä luonnon luiskan vakavuuslaskelmat Tiepenger Lähtötiedot Tehdyt laskennat ja laskentojen tulokset Ratapenger Lähtötiedot... 47

3 Tehdyt laskennat ja laskentojen tulokset Luonnon luiska Lähtötiedot Tehdyt laskennat ja laskentojen tulokset Kirjallisuus Liitteet Liite 1 Anturaperustus, keskeinen kuormitus Liite 2 Anturaperustus, epäkeskeinen kuormitus: EN DA2 (FIN) Liite 3 Anturaperustus, epäkeskeinen kuormitus: EN DA2* (FIN) Liite 4 Betonitukimuuri hiekalla Liite 5 Ponttiseinä savimaassa, esimerkkilaskenta (DA2* FIN) Liite 6 Ponttiseinälaskelmat hiekassa Liite 7 Tukimuuri kalliolla...83

4 ALKULAUSE 4 Tämä Eurokoodien vertailulaskentaraportti on tehty Teknillisen korkeakoulun pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratoriossa ympäristöministeriön tilauksesta. Työhön ovat osallistuneet kansallisen liitteen laatimishankkeen alkuvaiheessa Tampereen teknillisestä yliopistosta prof. Tim Länsivaara ja DI Ville Holopainen, joka on tehnyt vertailulaskentoja antura- ja paaluperustuksiin liittyen. TKK:lla työhön on osallistunut DI Jonni Takala, joka on tehnyt ponttiseiniin liittyvät laskennat. DI Henry Gustavsson on tehnyt tukimuuri- ja stabilitteettilaskennat ja päivittänyt ja tehnyt muita laskentoja kansallisen liitteen eri vaiheissa sekä koonnut ja kirjoittanut raportin emeritusprofessori Eero Slungan ohjaamana. Standardin SFS-EN 1997 osien 1 ja 2 kansallisten liitteiden laatimistyötä ohjanneen ja valvoneen toimikunnan puheenjohtajana on toiminut prof. Olli Ravaska. Toimikunnan jäseninä ovat olleet edellä mainittujen lisäksi dipl. insinöörit Pentti Salo (TIEH), Matti Levomäki (RHK), Jouko Törnqvist (VTT), Juha Forsman (RAMBOLL), Kalle Rantala (HKI), Gunnar Åström (RIL) ja Pauli Vepsäläinen (TKK).

5 5 1 JOHDANTO Standardi SFS-EN (Eurokoodi 7: Geotekninen suunnittelu. Osa 1: Yleiset säännöt on vahvistettu ja julkaistu marraskuussa Osalle 1 tehtävän kansallisen liitteen (NA) laatiminen aloitettiin keväällä Kansallinen liite ja sen laatimiseksi tarvittavat vertailulaskelmat on tehty Teknillisen korkeakoulun (TKK) maamekaniikan ja pohjarakennuksen laboratorion sekä Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) pohja- ja maarakenteiden laboratorion yhteistyönä. Osan 1 kansallisen liitteen laatimishankkeeseen kuului tarvittavien vertailulaskelmien tekeminen siinä laajuudessa, kuin se oli tarpeen mm. varmuuslukujen määrittämiseksi siten, että nykyinen kansallinen varmuustaso ainakin likimäärin säilytetään. Eurokoodin mukaiset vertailulaskelmat tehtiin projektin alussa käyttäen kuormitusyhdistelmien määrittämiseen eurokoodi 1990:n kansallisen liitteen (NA) kaavoja 6.10a ja 6.10b, koska niitä oli päätetty käyttää rakennesuunnittelussa. SFS-EN on kuitenkin laadittu geoteknistä suunnittelua varten pelkästään kaavan 6.10 pohjalta ja laskelmien perusteella havaittiin, että SFS-EN 1990:n NA:n mukainen menettely johtaisi huomattavaan maaparametrien osavarmuuslukujen suositusarvojen muuttamistarpeeseen. Jotta vältyttäisiin näiltä muutoksilta, päätettiin kansallisessa liitteessä esittää geoteknisessä suunnittelussa käytettäväksi eurokoodi :n mukaan kaavaa Keväällä 2006 osavarmuuslukujen määrittämismahdollisuus tältä pohjalta varmistettiin ja varmuusluvut sovitettiin tarvittaessa uudelleen laskelmien avulla nykyistä varmuustasoa vastaavaksi. Kansallisen liitteen lausuntokierrokselta saatujen kommenttien ja pidetyn kokouksen perusteella Suomessa päätettiin kuitenkin ryhtyä käyttämään mitoituskuormitusten määrittämiseen myös geoteknisessä suunnittelussa kaavoja 6.10a ja 6.10b. Päätös kuormitusten määrittämismenetelmän muuttamisesta johti siihen, että vertailulaskelmat oli tehtävä osittain uudelleen, jotta voitiin määrittää kansallisessa liitteessä käyttöön otettavat maaparametrien ja kestävyyden osavarmuuslukujen sekä malli- ja korrelaatiokertoimien arvot. Tämä raportti on tehty ennen lopullisen kansallisen liitteen (luonnos ) vahvistamista, joten tässä käytetyt osavarmuuslukujen ja em. kertoimien arvot saattavat poiketa lopullisista. 2 TUTKIMUKSEN SISÄLTÖ 2.1 YLEISTÄ Paaluja ja anturaperustuksia koskevat laskelmat tehtiin Tampereen teknillisessä yliopistossa (TTY) vuoden 2005 loppuun mennessä sen hetkisen kansallisen liitteen luonnoksen mukaisesti ja niiden tulokset on raportoitu Tutkimusraportissa (Holopainen&Länsivaara 2006). Tämän raportin laatimisessa on käytetty soveltuvin osin hyväksi ko. raporttia mm. anturaperustusten mitoituksen osalta, mutta laskelmia on päivitetty vastaamaan vahvistettavaa kansallista liitettä. Paalutuksen osalta tässä raportissa on esitetty kansallisen liitteen laatimisessa käytetty menettely, jolla on päästy likimäärin nykyisen kansallisen menettelyn mukaiseen varmuustasoon. Tässä tutkimusraportissa esitetään lyhyet selostukset tehdyistä laskennoista ja yhteenvedot eri menetelmillä saaduista tuloksista. Mitoitustapa 2:sta esitetään maanvaraisen anturaperustuksen sekä kulmatukimuurin laskenta kahdella tavalla DA2- ja DA2* -menetelmien erojen havainnollistamiseksi. TTY:n raportissa (Holopainen&Länsivaara 2006) tehtyjä laskelmia paaluperustuksille ei ole tässä katsottu tarpeelliseksi esittää. Teräsponttiseinälaskelmista esitetään DA2*-laskelma ponttiseinän alapään tukeutuessa saveen. Hiekkaan upotetun tukiseinän laskelmat on tässä laadittu hieman lopullisen kansallisen liitteen mukaisesta menettelystä poiketen varmuuslukujen muuttumisen takia. Stabiliteettilaskennoista esitetään liukupinta-analyysin tekemisessä käytetyt eurokoodin mitoitustavan DA3-mukaiset maaparametrien ja kuormitusten osavarmuusluvut ja käytetyt mitoitusarvot sekä saadut tulokset Kallion varaan perustetun tukimuurin laskentaesimerkki on tehty rajatilan,equ, mukaisesti. Muut laskennat on tehty rakenteen/maapohjan murtorajatilatarkastelun (STR/GEO) mukaisesti. Esimerkkilaskennat on esitetty liitteissä.

6 6 Alla luettelo vertailulaskennoissa käsitellyistä laskentaesimerkeistä: 1. Hiekalla olevan maanvaraisen perustuksen kantokestävyys, pystysuora kuormitus. 2. Hiekalla olevan maanvaraisen perustuksen kantokestävyys, pysty- ja vaakasuora kuormitus. 3. Paalun kantokestävyys 4. Betonitukimuuri hiekalla 5. Tukimuuri kalliolla 6. Teräsponttiseinä hiekassa. 7. Teräsponttiseinä savessa. 8. Tiepenger pehmeällä savella 9. Rautatiepenger savella 10. Luonnollinen saviluiska 2.2 TUTKIMUKSEN SUORITTAJAT JA RAHOITTAJAT Tutkimus on tehty Teknillisen korkeakoulun pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratorion toimesta. Raportin laatimisessa on käytetty soveltuvin osin hyväksi Tampereen teknillisen yliopiston pohja- ja maarakenteiden laboratorion laatimia vertailulaskelmia (Holopainen&Länsivaara 2006, Tutkimusraportti ). Tutkimuksen tilaajana on ympäristöministeriö. 3 EUROKOODIJÄRJESTELMÄ 3.1 EUROKOODI 7:N OSAVARMUUSLUVUT JA MITOITUSTAVAT YLEISTÄ Eurokoodi 7 esittää kolme mitoitustapaa. joille kullekin on määrätty erilainen varmuuslukujen yhdistelmä. Suomessa käytetään mitoitustapaa 2 antura- ja laattaperustusten, paaluperustusten, ankkureiden ja tukirakenteiden mitoituksessa. Luiskien ja kokonaisvakavuuden mitoituksessa käytetään mitoitustapaa 3. Mitoitustapa 2 on valittu sen vuoksi, että sitä käytettäessä murtorajatilassa tarvitaan vain yksi mitoitus. Tämä menettely on myös lähinnä Suomessa pääasiassa käytettyä kokonaisvarmuusmenettelyä. Lisäksi tällä tavalla saatua mitoitustulosta on suhteellisen helppo verrata entisen kansallisen mitoitustavan antamaan tulokseen. Mitoitustapa 3 luiskien ja kokonaisvakavuuden mitoitukseen murtorajatilassa on valittu sen vuoksi, että sekin vaatii vain yhden mitoituksen. Lisäksi tätä mitoitustapaa on aikaisemmin käytetty lievästi muunnetussa muodossa kokonaisvarmuusperiaatteella mitoitettaessa. Mitoitustapaa 2 käytettäessä voidaan menetellä kahdella eri tavalla, joista käytetään merkintöjä DA2 ja DA2*. Mitoitustapaa DA2 käytettäessä osavarmuusluvut kohdistetaan kuormien ominaisarvoihin mitoituslaskelman alussa ja koko laskelma tehdään mitoitusarvoilla. Mitoitustapaa DA2* käytettäessä koko laskelma tehdään ominaisarvoilla ja osavarmuuslukuja käytetään vasta laskelman lopussa murtorajatilaehtoa tarkistettaessa (vrt. Designers guide to EN EUROCODE 7: Geotechnical design - General rules. Thomas Telford 2004; ISBN ). Mitoitustapaa DA2* käytettäessä on kiinnitettävä erityistä huomiota perustuksen vakavuuden varmistamiseen (SFS-EN Kansallinen liite). Tämän vuoksi perustuksen epäkeskisyyden (e) arvo tulee rajoittaa niin pieneksi, että perustuksen pohja on puristettuna ainakin pohjapinnan keskipisteeseen saakka. Tämä voidaan tehdä esimerkiksi siten, että e on aina < B/3, kun B on perustuksen leveys. EC7 DA2/DA2* menetelmässä käytetään osavarmuuslukujen yhdistelmää A1 + M1 + R2. EC7 DA3 menetelmässä käytetään osavarmuuslukujen yhdistelmää A2 + M2 + R3. Laskentatapojen eroja ja Eurokoodin mukaista geoteknistä suunnittelua mm. esimerkkilaskelmin on esitetty myös julkaisussa Proceedings of the International Workshop on Evaluation of Eurocode 7 T. Orr, 2006)

7 MURTORAJATILAT EN1997-1:n mukaan tarkasteltavia murtorajatiloja on neljä: - Tasapainon menettäminen (EQU) - Rakenteen tai rakenteellisten osien murtuminen (STR) - Rakennuspohjan murtuminen (GEO) - Vedenpaineen aiheuttama noste (UPL) - Hydraulisen gradientin aiheuttama maapohjan nousu (HYD) Tässä tutkimuksessa ei ole käsitelty kahta viimeistä rajatilaa (UPL, HYD). Kallionvaraisen tukimuurin tarkastelut on tehty tasapainorajatilatarkastelun mukaisesti (EQU). Muut tarkastelut on tehty rakenteen tai rakennuspohjan murtorajatilatarkasteluun perustuen (STR/GEO) KUORMIEN TAI NIIDEN VAIKUTUSTEN OSAVARMUUSLUVUT JA YHDISTELEMINEN Suomessa rakenteellisissa (STR) tai geoteknisissä (GEO) rajatilatarkasteluissa käytettävät DA2:n/DA2*:n ja DA3:n mukaiset osavarmuusluvut on esitetty SFS-EN :n kansallisen liitteen taulukossa A.3(FIN): Taulukko A.3(FIN) Kuormien (γ F ) tai kuorman vaikutusten (γ E ) osavarmuusluvut (STR/GEO) Vrt. NA/EN 1990:n taulukkoa A1.2(B)(FIN) ja sarjaa A1 sekä taulukkoa A1.2(C)(FIN) ja sarjaa A2 Kuorma Merkintä Sarja A1 A2 Pysyvä: Epäedullinen (Yht.6.10a) 1,35 K FI (Yht.6.10b) γ Gkj,sup 1,15 K FI (Yht.6.10) 1,0 K FI Edullinen (Yht.6.10a) 0,9 (Yht.6.10b) γ Gkj,inf 0,9 (Yht.6.10) 1,0 Muuttuva: Epäedullinen (Yht.6.10b) γ Q 1,5 K FI (Yht.6.10) 1,3 K FI Edullinen 0 0 Huom. 1: Mitoituskaavana asia voidaan ilmaista siten, että kuormien yhdistelmänä käytetään epäedullisempaa kahdesta seuraavasta lausekkeesta: 1,15 K FI G kj,sup + 0,9 G kj,inf + 1,5 K FI Q k,1 + 1,5 K FI Σ ψ 0,1 Q k,i (yht.6.10b) i>1 1,35 K FI G kj,sup + 0,9 G kj,inf (yht.6.10a) : K FI riippuu SFS-EN1990:n liitteen B taulukon B2 mukaisesta luotettavuusluokasta seuraavasti: luotettavuusluokassa RC3 K FI = 1,1 luotettavuusluokassa RC2 K FI = 1,0 luotettavuusluokassa RC1 K FI = 0,9

8 8 Luotettavuusluokkia selventävät seuraamusluokat CC3 CC1 esitetään SFS-EN 1990:n kansallisen liitteen taulukossa B1(FIN): Seuraamusluokkien määrittely. Tämän kansallisen liitteen merkinnät on esitetty standardin SFS-EN1997-1:2004 kohdassa 1.6 ja standardin SFS-EN 1990:2002 kohdassa 1.6. Huom. 2: Katso myös standardeista SFS-EN 1992 SFS-EN 1999 pakkosiirtymä- tai pakkomuodonmuutostilalle käytettäviä osavarmuusluvun γ arvoja. Huom. 3: Kaikkien samasta syystä aiheutuvien pysyvien kuormien ominaisarvot kerrotaan osavarmuusluvulla γ G,sup, jos kuorman kokonaisvaikutus on epäedullinen ja osavarmuusluvulla γ G,inf, jos kuorman kokonaisvaikutus on edullinen. Esimerkiksi kaikkien rakenteen omasta painosta aiheutuvien kuormien voidaan katsoa aiheutuvan samasta syystä; tämä pitää paikkansa silloinkin, kun kyseessä on erilaisia materiaaleja. Huom. 4: Katso myös standardin SFS-EN 1990:n kansallisen liitteen taulukkoja A1.2(B)FIN ja A1.2(C)FIN. Eurokoodi 7:n suositusarvot Taulukossa A.3 kuormien osavarmuusluille STR/GEO-rajatilassa ovat: sarjassaa1: γ G =1,35/1,0 ja γ Q = 1,5/0,0 (epäedullinen/edullinen) sarjassa A2 : γ G =1,0/1,0 ja γ Q = 1,3/0,0 (epäedullinen/edullinen) Kuormien yhdistelykertoimet (ψ) on annettu SFS-EN 1990:2002 kansallisessa liitteessä. Esimerkkilaskelmien tekemisessä ei ψ kerrointa ole käytetty, koska kaikki rasitukset on annettu, eli kertoimien oletetaan sisältyvän annettuihin rasituksiin. Tasapainorajatilassa (EQU) suositellut kuormien osavarmuuskertoimet on esitetty SFS-EN :n liitteen A taulukossa A.1 ja Suomessa käytettävät arvot kansallisen liitteen taulukossa A.1(FIN), joiden arvot on koottu alle taulukkoon 3.1. Taulukko A.1 Kuormien osavarmuusluvut ( γ F ) (EQU) Kuorma Merkintä SFS-EN1997-1/A.1_ A.1 (FIN)_ Pysyvä: Epäedullinen a γ G;dst 1,1 1,1K FI Edullinen b γ G;stb 0,9 0,9 Muuttuva: Epäedullinen a γ Q;dst 1,5 1,5 K FI Edullinen b γ Q;stb 0 0 a Kaatava kuorma b Vakauttava kuorma Muita rajatiloja (UPL) ja (HYD) koskevat kuormien osavarmuusluvut on esitetty vastaavasti SFS-EN :n kansallisen liitteen taulukoissa A.15(FIN) ja A.17(FIN).

9 KESTÄVYYDEN OSAVARMUUSLUVUT Seuraavissa taulukoissa on esitetty SFS-EN :n ja sen kansallisen liitteen NA(FIN) mukaiset kestävyyden mitoitusarvojen laskemiseen käytetyt osavarmuusluvut. Taulukko 3.2 Maaparametrien osavarmuusluvut (SFS-EN :n ja NA(FIN):n taulukko A.4) Maaparametri Merkintä Sarja SFS-EN NA(FIN) _ M1 M2_ M1 M2 Leikkauskestävyyskulma a γ φ 1,0 1,25 1,0 1,25 ( Kitkakulma ) Tehokas koheesio γ c 1,0 1,25 1,0 1,25 Suljettu leikkauslujuus γ cu 1,0 1,4 1,0 1,5 Yksiaksiaalinen puristuskoe γ qu 1,0 1,4 1,0 1,5 Tilavuuspaino γ γ 1,0 1,0 1,0 1,0_ a Tällä varmuusluvulla jaetaan tan φ, Taulukko 3.3. Anturaperustuksen kestävyyksien osavarmuusluvut (SFS-EN :n ja NA(FIN):n taulukko A.5) Sarja R2 Kestävyys Merkintä SFS-EN NA(FIN) Kantokestävyys γ R,v 1,4 1,55 Liukuminen γ R,h 1,1 1,1 Paalujen osavarmuuslukujen arvoja on esitetty SFS-EN1997-1:n taulukoissa A.6-A.8 (syrjäyttävät paalut A.6, kaivetut paalut A.7 ja CFA-paalut A.8). Sekä eurokoodissa että sen kansallisessa liitteessä osavarmuuslukujen arvot em. taulukoissa sarjassa R2 ovat samat, joten ne esitetään tässä yhdistettynä yhteen taulukkoon. Taulukko 3.4. Paalujen kestävyyden osavarmuusluvut (γ R ) (SFS-EN :n ja NA(FIN):n taulukot A.6 A.8) Sarja R2_ Kestävyys Merkintä SFS-EN NA(FIN) Kärki γ b 1,1 1,20 Vaippa (puristus) γ s 1,1 1,20 Kokonais-/yhdistetty (puristus) γ t 1,1 1,20 Vedetty vaippa: γ s,t 1,15 - lyhytaikainen kuormitus γ s,t 1,35 - pitkäaikainen kuormitus γ s;t 1,50 Muut eurokoodin mukaiset osavarmuusluvut on esitetty SFS-EN1997-1:n liitteen A taulukoissa ja niiden Suomessa käytettävät arvot kansallisessa liitteessä. Laskelmissa käytetyt arvot esitetään tarvittaessa laskelmien yhteydessä.

10 KORRELAATIOKERTOIMET PAALUJEN KESTÄVYYDEN OMINAISARVOJEN MÄÄRITTÄMISEKSI Edellä esitettyjen lisäksi mitoitettaessa paalujen kantavuutta käytetään ns. korrelaatiokertoimia ξ, joiden suositusarvot on esitetty SFS-EN1997-1:n taulukoissa A.9-A.11. Parittomalla alaindeksillä varustetttuja ξ;n arvoja (1,3,5) käytetään mittaustulosten keskiarvoon ja parillisia (2,4,6) minimiarvoon.) Taulukossa A.9 lukuarvot sarakkeissa ovat samat sekä kansallisessa liitteessä että eurokoodissa. Pieniä eroja on mm. sarakkeiden otsikoissa ja seliteteksteissä, joten seuraavissa taulukossa A.9 suluissa olevat sarakkeiden osat ja (FIN)-merkinnällä tehdyt selitteet ovat kansallisen liitteen mukaisia lisäyksiä. Taulukot A.10 ja A.10(FIN) poikkeavat toisistaan myös lukuarvoissa, joten ne on esitetty erikseen. Taulukko 3.5. Korrelaatiokertoimet ξ ominaisarvon johtamiseksi staattisista koekuormituksista (n koekuormitettujen paalujen lukumäärä) a,b ((SFS-EN :n ja NA(FIN):n taulukko A.9) ξ kun n = 1 2 3(/50 %) 4 >5(/100%) ξ 1 1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 ξ 2 1,40 1,20 1,05 1,00 1,00 a Taulukkoarvot koskevat puristettuja paaluja. (FIN) b Vedettyjä paaluja mitoitettaessa taulukkoarvot (A.9(FIN)) kerrotaan mallikertoimella 1,25 Taulukko 3.5. Korrelaatiokertoimet ξ ominaisarvon johtamiseksi pohjatutkimustuloksista (n koeprofiilien lukumäärä). (SFS-EN :n taulukko A10) ξ kun n= ξ 3 1,40 1,35 1,33 1,31 1,29 1,27 1,25 ξ 4 1,40 1,27 1,23 1,20 1,15 1,12 1,08 Taulukko A.10(FIN) Korrelaatiokertoimet ξ ominaisarvon johtamiseksi pohjatutkimustuloksista (n koeprofiilien lukumäärä) (SFS-EN1997-1:n NA). ξ kun n = ξ 3 1,85 1,77 1,73 1,69 1,65 1,62 1,60 ξ 4 1,85 1,65 1,60 1,55 1,50 1,45 1,40_

11 11 Taulukko A.11. Korrelaatiokertoimet ξ ominaisarvojen johtamiseksi dynaamisista koekuormituksista a,b,c,d,e (n koestettujen paalujen lukumäärä) (SFS-EN ) ξ kun n= ξ 5 ξ 6 > 2 > 5 > 10 > 15 > 20 1,60 1,50 1,45 1,42 1,40 1,50 1,35 1,30 1,25 1,25 a b c d e ξ arvot ovat voimassa dynaamisille koekuormituksille ξ arvoja voidaan pienentää kertoimella 0,85, mikäli iskuaaltomittauksen tulokset varmistetaan signaalinmallinuksella ξ arvoja tulee kasvattaa kertoimella 1,1 mikäli kantokykyä määritetään paalun yläpäästä mitatun painuman ja jouston sekä luotettavan paalutuskaavan avulla. ξ arvoja tulee kasvattaa kertoimella 1,2 mikäli kantokykyä määritetään paalutuskaavan avulla ilman, että mitattaisiin paalun yläpään siirtymiä jos perustuksessa käytetään erilaisia paaluja, niin erilaisten paalujen muodostamat ryhmät tulee käsitellä erillisinä valittaessa n arvoa. Taulukko A.11(FIN) Korrelaatiokertoimet ξ ominaisarvojen johtamiseksi dynaamisista koekuormituksista a,b,c,d,e (n koestettujen paalujen lukumäärä) (SFS-EN NA(FIN)) ξ kun n = tai >2 =>5 =>10/50 % =>15 =>20/100 % ξ 5 1,60 1,50 1,45 1,42 1,40 ξ 6 1,50 1,35 1,30 1,25 1,25 a. Taulukon ξ-arvot pätevät dynaamisille koekuormituksille (dynamic impact tests). b. ξ-arvot voidaan kertoa mallikertoimella 0,9, kun käytetään signaalinsovitusta (signal matching). c. ξ-arvot kerrotaan mallikertoimella 1,1 silloin, kun käytetään paalutuskaavaa ja lyönnin aikana mitataan näennäiselastinen paalun pään jousto. d. ξ-arvot kerrotaan mallikertoimella 1,2 silloin, kun käytetään paalutuskaavaa eikä lyönnin aikana mitata paalun pään näennäiselastista joustoa. e. Mikäli perustuksessa on erilaisia paaluja, niin samanlaisten paalujen ryhmät käsitellään erillisinä, kun paalujen lukumäärää n määritetään. Selostus: ξ-arvot voidaan kertoa luvulla 0,9 myös ilman signaalinsovitusta silloin, kun paalut tukeutuvat luotettavasti kallioon.ja paalun kestävyys riippuu lähinnä sen rakenteellisesta kestävyydestä. Rakenteilla, jotka ovat riittävän jäykkiä ja lujia siirtämään kuormia heikoilta paaluilta vahvoille paaluille, kertoimet ξ 5 ja ξ 6 voidaan jakaa luvulla 1,1. Lukumäärällä n tarkoitetaan geoteknisen kestävyyden kannalta samanlaisissa pohjasuhteissa tehtyjen samanlaisten paalujen mittausten lukumäärää tai osuutta paalujen kokonaismäärästä (50 %,100 %). Kappalemäärän tai prosenttiosuuden mukaan valitaan se, jonka perusteella saadaan pienempi korrelaatiokerroin. Paalutuskaavan käyttö edellyttää, että kaava on aikaisemmin todettu ko. olosuhteissa luotettavaksi ja että paalutuslaite on kalibroitu ko. työmaaolosuhteissa.

12 12 4 PERUSTUSTEN GEOTEKNINEN KANTOKESTÄVYYS 4.1 KANTOKESTÄVYYDEN LASKENTAKAAVAT JA KESTÄVYYSKERTOIMET Seuraavassa taulukossa 4.1 on esitetty eri standardien ja ohjeiden mukaiset kantokestävyyksien ja tarvittavien kertoimien laskentakaavat sekä niihin kussakin ohjeessa liittyvät osavarmuusluvut. Taulukossa on noudatettu RIL 121:n merkintöjä. EC7:n (=SFS-EN ) liitteen D kaava ja merkinnät on muunnettu vastaamaan RIL 121 merkintöjä. RIL 121 laskentakaava on adoptoitu tanskalaisesta DS 415 standardista. Siinä on muutettu N B :n laskentaa siten, että termin edessä oleva kerroin 2 on vaihdettu 1,5:ksi. Tiehallinnon ohjeen laskenta on saksalaisen DIN4017 standardin mukainen. Taulukossa on käytetty seuraavia merkintöjä: R on maapohjan kantokestävyys (murtorajatilassa) A t tehokas pohjan ala c koheesio N c, N D ja N B kestävyyskertoimia s c, s D ja s B anturan muodon vaikutuskertoimia i c, i D ja i B kuormitusresultantin kaltevuuden vaikutuskertoimia γ 1 perustamistason yläpuolisen maan tehokas tilavuuspaino γ 1 perustamistason alapuolisen maan tehokas tilavuuspaino Φ maan kitkakulma (leikkauskestävyyskulma) Φ d maan kitkakulman mitoitusarvo m resultantin vinouseksponentti (EC7), ei käytetä tässä yhteydessä b c, b D ja b B (b c, b q ja b γ ) anturan pohjan vinouden vaikutuskertoimia, ei käytetä tässä. Taulukosta 4.1 huomataan, että EC7 on hyvin lähellä DIN 4017 normin laskentatapaa. Jostain syystä leveydestä riippuva termi jaetaan kahdella, mutta sen sisällä oleva kantavuuskerroin puolestaan kerrotaan kahdella. Näin ollen päästään aivan samaan kantavuuskaavaan kuin Tiehallinnon ohjeella, kun koheesiota ei ole. Mutta koska kaltevuuskertoimet lasketaan hieman eri tavalla ja osavarmuuslukuja käytetään eri paikoissa, niin lopputulokseen tulee hieman eroja.

13 Taulukko 4.1: Kantokestävyyden laskentakaavat 13 R A t RIL 121 KV RIL 121 OV Tieh (DIN 4017) EC7 annex D,, γ2bn t BsBiB c c c γ 1 D D D cn s i + DN s i + 2,, 1DNDsDi D+ 2BtNBsBiB γ γ, c c c c γ1 D D D D, 2Bb t BNBsBiB c'n b s i + DN b s i + γ 2 N c ( N -1) cotφ ( N -1) cotφ termiä (koheesiota) ei ole ( ) N D D d D d 2 φd tan 45 + e 2 π tanφ d N -1 cotφ N B 1, 5 (N D 1) tan φ d (ND 1) tanφ d 2 (ND 1) tanφ d Φ d Φ tanφ arc tan 1, 25 tanφ arc tan 1, 25 s c =s D termiä (koheesiota) ei ole s D s B B 1+ 0,2 L B 1 0,4 L t t t t B 1+ sinφ d L B 1 0,3 L i c =i D termiä (koheesiota) ei ole t t t t D Φ, (γ Φ =1) (sdnd 1) (N 1) D suorakaiteen muotoisille Bt 1+ sinφ d L neliön ja ympyrän muotoisille 1+ sinφ suorakaiteen muotoisille Bt 1 0,3 L t neliön ja ympyrän muotoisille 0,7 i D c d 1 id N tanφ d t d i D H 1 V + B L c cot φ t t d 2 H 1 0,7 V + B L c cot φ t t d 2 H 1 V + B L c cot φ t t d m i B i D ² H 1 V + B L c cot φ t t d m termiä m ei ole termiä m ei ole b c termiä ei ole termiä ei ole b D termiä ei ole termiä ei ole b B termiä ei ole termiä ei ole 3 m 1 + H 1 V + B t L t c cot φd 2 + = Bt m Lt B = 1 + Bt Lt Kertoimet liittyvät tapaukseen, jossa anturan pohja ei ole vaakasuorassa. Emme tarvitse näissä laskelmissa.

14 4.2 VARMUUSLUVUT 14 Taulukko 4.2: Varmuusluvut RIL 121 KV RIL 121 OV Tieh (DIN 4017) EC7 annex D EC7 (FIN) γ Φ (1) 1,25 1, γ G (1) 1,2 / 0,9 1 γ Q (1) 1,4 x) (RIL 144) γ c (1) 1,5 1,35 / 1,0 1,35 / 1,15/ 0,9 1 1,5 / 0 1,5 / 0 ei koheesiota 1 1 γ γ (1) γ R:V (1) 1 1 1,4 1,55 F 2 x) RIL 121 OV laskennan osavarmuuslukujen määrittämisessä sovelletaan hieman. Muuttuvan kuorman muodostumista ei esimerkeissä anneta, joten RIL144 kertoimia ei voida sellaisenaan käyttää. Muuttuvan kuorman osavarmuusluvuksi valitaan 1,4. Tähän on päädytty olettamalla lumi- tai tuulikuorman ja yhden muun muuttuvan kuorman muodostavan noin 2/3 osan koko rakennuksen muuttuvista kuormista. 4.3 ANTURAPERUSTUS, KESKEINEN KUORMITUS Permanent load Gk = 200 kn Variable load alt 1: Qk = 0 alt. 2: Qk = 200kN Load from soil on foundation = h b γ k h = 1,0 m G + Q Cohesionless soil γ k = 18kN/m3 φ k = 32 GVT b =? > b Kuva 4.1 Hiekalla olevan maanvaraisen perustuksen kantokestävyys. Tehtävässä lasketaan neliömäisen, keskeisesti kuormitetun anturan sivumitta. Lähtötiedoissa on määrätty laskemaan maan paino anturan lävitse, rakenteen painoa ei erikseen huomioida. Tiehallinnon ohjeessa pohjavesipinta lakkaa vaikuttamasta kantavuuteen, kunhan se on vähintään perustuksen tehokkaan leveyden syvyydellä anturan alapinnasta. RIL 121 mukaan pohjaveden on oltava vähintään 1,5 kertaa toimivan leveyden syvyydellä ennen kuin se lakkaa vaikuttamasta. Koska lähtötiedoissa ei ole annettu tarkkaa pohjaveden pintaa, vaan se on määrätty suuremmaksi kuin b, niin oletetaan pohjavesipinta niin syvälle, ettei sillä ole vaikutusta laskentaan. Koska kuormitus on täysin keskeinen, niin menetelmien DA 2 ja DA 2* välillä ei ole mitään eroa. Tästä johtuen DA 2* vaihtoehto voidaan jättää laskematta.

15 LASKENTAMENETELMÄT Geoteknisen kantokestävyyden laskelmia keskeisesti kuormitetulle anturaperustukselle on tehty seuraavilla tavoilla: 1. RIL kokonaisvarmuuslukumenetelmä (=RakMk B3) (RIL KV) 2. RIL osavarmuuslukumenetelmä (RIL OV) 3. Tiehallinnon ohje (Tieh) 4. EC7 DA 2 käyttäen RIL 121:n kaavaa kantokestävyyden laskemiseksi (EC7 RIL) 5. EC7 DA 2 käyttäen liitteen D kaavaa (DIN 4017) ja EC7:n taulukon A.3 mukaisia kuormien osavarmuuslukuja (EC7 D) 6. EC7 DA 2 (FIN) käyttäen liitteen D kaavaa (DIN 4017) ja SFS-EN1997-1:n kansallisen liitteen (NA) mukaisia osavarmuuslukuja (EC7-NA-FIN) (DA2*-laskentoja on tehty vain epäkeskeisesti kuormitetulle anturalle, koska keskeisesti kuormitetulla anturalla menetelmät johtavat samaan tulokseen.) Kestävyyden mitoitusarvo eurokoodin mukaisissa laskelmissa saadaan jakamalla ominaisarvo kantokestävyyden osavarmuusluvulla (Taulukko 3.3. EC7: γ R =1,40, NA(FIN):γ R =1,55) KERTOIMIEN LASKENTA Koska kuormitus on täysin keskeinen ja pystysuora, niin Bt/Lt pysyy vakiona ja voimme laskea kaikki kestävyys-, muoto- ja kuormituksen kaltevuuskertoimet: Kerroin N c Taulukko 4.3: Kertoimien arvot eri menetelmissä RIL 121 KV RIL 121 OV Tiehallinto (DIN 4017) ei koheesiota EC7 (RIL 121) EC7 (annex D) N D 23,2 12,6 12,6 23,2 23,2 N B 20,8 8,7 5,8 20,8 27,7 s c ei koheesiota s D 1,2 1,45 1,2 1,53 s B 0,6 0,7 0,6 0,7 i c ei koheesiota i D 1 i B ANTURAN MITAT ERI MENETELMILLÄ JA KUORMITUSYHDISTELMILLÄ Seuraavaan taulukkoon on kerätty yhteenveto tehtyjen laskentojen tuloksista. Perustapauksen lisäksi on tutkittu myös pysyvän ja muuttuvan kuorman suhteiden muuttamisen ja kuormituksen kasvun vaikutusta tulokseen.

16 Taulukko 4.4: Eri laskentamenetelmillä ja 16 kuormituksilla saadut anturan mitat. kuorm. kuormat anturan leveys [m] tap. Gk Qk Qk/Gk RIL KV RIL OV Tieh EC7 (RIL)EC7 D EC7-NA-FIN Tapauksissa 1-5 on muutettu pysyvän ja muuttuvan kuorman suhdetta ja koetettu näin hakea osavarmuuslukujen vaikutuksen suuruutta eri kuormitusyhdistelmien suhteen. Karakteristinen kokonaiskuorma on pidetty 400 kn suuruisena. RIL 121 ja Tieh menetelmissä ei kuormitussuhteiden muutoksilla tietenkään ole vaikutusta anturan kokoon. Tapauksissa 6-9 on tutkittu kuorman suuruuden vaikutusta tulokseen JOHTOPÄÄTELMIÄ Kaikissa tapauksissa EC7-laskenta antaa kaikkein pienimmän ja RIL 121 osavarmuusmenetelmä suurimman anturan koon. EC7 kansallisen liitteen mukaisesti (EC7-NA-FIN) antaa hieman suurempia arvoja kuin EC7:n suositusarvoilla. Tiehallinnon ohje antaa varsin samanlaisia tuloksia kuin EC7 NA(FIN). Tämä johtuu samasta laskentakaavasta (DIN 4017). Osavarmuuslukujen sijoittelu on erilaista. Tiehallinnon ohjeessa ainoa varmuusluku annetaan kitkakulmalle, joka keskeisessä kuormituksessa vaikuttaa hieman enemmän kuin kuormituksille ja vastukselle annettavat osavarmuusluvut. Suurta merkitystä ei myöskään ole sillä, lasketaanko RIL 121 kokonaisvarmuuslukumenetelmällä vai soveltaen EC7 osavarmuuslukuja RIL 121 kaavalla laskentaan. Tämä on helposti selitettävissä: Kun lasketaan EC7 keskimääräinen kokonaisvarmuus, niin saadaan: 1, , 5 1, 4 = 2, 06 2 (minimivarmuus, kun pelkästään pysyvää kuormaa F=1,35*1,4=1,89 ja maksimivarmuus, kun on pelkästään muuttuvaa kuormaa F=1,5*1,4=2,1). EC7-NA(FIN) mukaisesti kokonaisvarmuuden suuruus riippuu pysyvän ja muuttuvan kuorman suhteesta ja määrävääksi tulee kaava 6.10a, kun muuttuvan kuorman osuus on alle 11,8% kokonaiskuormasta, muulloin määrääväksi tulee kaavan 6.10b mitoituskuormitus. Kaavalla 6.10 a saadaan kokonaisvarmuudeksi tapauksessa, jossa on pelkästään pysyvää epäedullista kuormaa: 1,35*1,55 = 2, 09 Kaavalla 6.10b saadaan kokonaisvarmuuden maksimiarvo, tapauksessa jossa on pelkästään muuttuvaa kuormaa: ( 1,15*0 + 1,5*1,0) *1,55 = 2, 35 Kokonaisvarmuuden minimiarvoksi tulee F=1,847, kun muuttuvan kuorman osuus 11,8% kokonaiskuormasta: ( 0,882*1,15 + 0,118*1,5) *1,55 = 1, 847 Kuvassa 4.2 on esitetty graafisesti keskeisesti kuormitetun anturaperustuksen kokonaisvarmuuden arvot erilaisilla kuormitusyhdistelmillä muuttuvan ja pysyvän kuorman suhteen (Q/(G+Q)) vaihdellessa

17 17 sekä RakMK B3:n,Eurokoodin perusversion ja suomen kansallisen liitteen mukaan. Anturaperustukset (keskeinen kuorm.) Kokonaisvarmuu Q/(G+Q) EC7, gr=1,4 EC7 FIN 6.10a+b, gr=1,55 B3(F=2,0) Kuva 4.2. Keskeisesti kuormitetun anturaperustuksen kokonaisvarmuuden arvot erilaisilla kuormitusyhdistelmillä EC7:n perusversiolla (kaava 6.10), kansallisen liitteen mukaisesti (EC7 FIN; kaavat 6.10a+b) ja B3:n (kokonaisvarmuusmenetelmä) mukaan. 4.4 ANTURAPERUSTUS, EPÄKESKEINEN KUORMITUS Q hk = 400kN G k = 3000kN, Q vk = 2000kN 4.0m 0.8m B =? Soil: Sand: c' k = 0kPa φ' k = 32 o γ = 20kN/m 3 E' k = 40MPa Kuva 4.3: Esimerkin 2 lähtöarvot Kyseessä on neliömäinen (L=B) pysty- ja vaakakuormitettu perustus, jonka sivumitat pitää määrittää. Pystykuormaan 3000 kn lisätään 0,8m paksun anturan paino. Muuttuvat kuormat ovat keskenään riippumattomia. Anturan sallittu painuma on 25mm ja kiertymä 1/2000. Näitä emme tässä laskennassa tarvitse, koska käyttörajatilat eivät kuulu tutkimuksen piiriin.

18 LASKENTAMENETELMÄT Geoteknisen kantokestävyyden laskelmia epäkeskeisesti kuormitetuille anturaperustuksille on suoritettu Taulukko 4.5 mukaisilla tavoilla. Taulukko 4.5 Epäkeskeisesti kuormitetun anturaperustuksen laskelmat Nro Menetelmä 1 Kansallinen kokonaisvarmuuslukumenetelmä (=RakMk B3), käyttäen EN :n liitteen D kaavaa kantokestävyyden laskemiseksi 2 Kansallinen kokonaisvarmuuslukumenetelmä (=RakMk B3), käyttäen RIL 121:n kaavaa tunnus (B3 KV- RIL121) (B3 KV- RIL121) 3 Tiehallinnon ohje (Tieh) 4 EC7 DA 2 käyttäen RIL 121:n kaavaa kantokestävyyden laskemiseksi (EC7 DA2 RIL121) 5 EC7 DA 2 käyttäen liitteen D kaavaa (DIN 4017) ja EC7:n taulukon A.3 mukaisia kuormien osavarmuuslukuja (EC7 DA2 Annex D) 6 EC7 DA 2 (FIN) käyttäen liitteen D kaavaa (DIN 4017) ja SFS-EN1997-1:n kansallisen liitteen (NA) mukaisia osavarmuuslukuja 7 EC7 DA 2*, käyttäen liitteen D kaavaa. Kuormitusyhdistely ja anturan tehokkaat mitat lasketaan ominaiskuormilla. Pystysuora mitoituskuorma (pohjapaine) lasketaan kertomalla pystykuormat EC7:n taulukon A.3 mukaisilla osavarmuusluvuilla. (EC7 DA2* Annex D) 8 EC7 DA2* (FIN), käyttäen liitteen D kaavaa. Kuormitusyhdistely ja anturan tehokkaat mitat lasketaan ominaiskuormilla. Pystysuoramitoituskuorma(pohjapaine) lasketaan kertomalla pystykuormat kansallisen liitteen (A.3 FIN) mukaisilla osavarmuusluvuilla (EC7 DA2* Annex D- FIN) KUORMITUSYHDISTELYT JA KÄYTETTÄVÄT OSAVARMUUSLUVUT Taulukko 4.6 esittää kahdella erilaisella kuormitusyhdistelmällä käytetyt kuormakertoimet ja osavarmuusluvut. Laskentamenetelmässä EC7 DA 2* perustuksen tehokkaat mitat lasketaan kuomien edustavilla arvoilla (ominaisarvoilla) ja varmuusluvuilla kerrotaan pystykuormat vasta siinä vaiheessa, kun mitoituskuormia verrataan maapohjan mitoituskestävyyteen. Osavarmuuslukujen sijoittelussa on vaihtelumahdollisuuksia, eikä EC7 aivan yksiselitteisesti kerro kuinka osavarmuuslukuja tulisi käyttää. Esimerkiksi maan tilavuuspainolle annetaan osavarmuusluku γ γ = 1,0. Maan ollessa anturan päällä, se otetaan kuitenkin pysyväksi kuormaksi, joka kerrotaan pysyvien kuormien osavarmuusluvulla γ G.

19 19 Taulukko 4.6: Osavarmuusluvut eri kuormitusyhdistelyissä Kuormitustapaus 1: Vmax, Hmax Menetelmä KV KV DA2 DA 2* DA 2 DA 2* RIL-121 EC7 EC7+EC0 NA Tieh DIN kaava RIL-121 Annex D 4017 RIL-121 Annex D Annex D Annex D Annex D γ G,V γ G,H γ Q:V γ Q:V γ ΣG γ ΣQ γ R:V Minimiarvot γ G,V G v +γ QV Q V > 1,35G kv EC0 NA γ G,H G H +γ QH Q H > 1,35G kh mukaan: γ ΣG ΣG+γ ΣQ ΣQ > 1,35ΣG Kuormitustapaus 2: Hmax, Vmin Menetelmä KV KV DA2 DA 2* DA 2 DA 2* RIL-121 EC7 EC7(FIN) Tieh DIN kaava RIL-121 Annex D 4017 RIL-121 Annex D Annex D Annex D Annex D γ G,V γ G,H γ Q:V γ Q:V γ ΣG γ ΣQ γ R:V Minimiarvot EC0 NA mukaan: γ G,H G H +γ QH Q H > 1,35G kh γ ΣG ΣG+γ ΣQ ΣQ > 1,35ΣG

20 ANTURAN MITAT LASKENTAESIMERKIN MUKAISILLA KUORMILLA Seuraavassa taulukossa on laskentaesimerkin mukaisilla lähtöarvoilla saatavat anturan mitat eri laskentamenetelmillä. Määräävät kuormitustapaukset on lihavoitu. Taulukko 4.7: Anturan mitat eri laskentatavoilla esimerkin mukaisilla kuormilla (Qk/Gk=2/3, H/V=1/10) Kuorma Fx Fy Fz e(y) Mx e(x) My yhdistelmillä. Pysyvä pystykuorma Laskenta voidaan ajaa joko kaikille taulukoille tai vain yksittäiselle Pysyvä vaakakuorma taulukolle niissä olevien painikkeiden avulla. Muuttuva pystykuorma Muutuva vaakakuorma B3 Tiehallinto EC7 DA2 EC7 DA2 * KV annex D kaavallakv-rilkaavalla DIN 4017 RIL 121 Annex D Annex D NA-FIN Annex D Annex D NA-FIN Vmax Hmax Vmax Hmax Vmax Hmax Vmax Hmax Vmax Hmax Vmax Hmax Vmax Hmax Vmax Hmax Hmax Vmin Hmax Vmin Hmax Vmin Hmax Vmin Hmax Vmin Hmax Vmin Hmax Vmin Hmax Vmin B=L= Hmit Vmit B t L t N D N B s D s B i D i B R/A σ= max B viidennes 3/5 2/5 3/5 2/5 3/5 2/5 3/5 2/5 2/5 2/5 2/5 2/5 3/5 2/5 3/5 2/5 Vmit ja Hmit arvoista täytyy huomata, että DA2* menetelmää lukuun ottamatta kuormitukset on kerrottu osavarmuusluvuilla. Alimmalla rivillä on esitetty kuormitusresultantin karkea sijainti, eli monennellako leveyden viidenneksellä anturan etureunasta resultantti sijaitsee. Niinpä 1/5 tarkoittaa, että resultantti sijaitsee hyvin lähellä anturan reunaa ja 3/5 tarkoittaa melko keskeistä kuormitusta. Liitteessä 2 on esitetty Eurokoodin mukainen DA2-laskelma kansallisen liitteen mukaisesti tehtynä ja liitteessä 3 DA2*-laskelma. TTY:n laatimassa EC7 vertailulaskelmat raportissa (Holopainen &Länsivaara 2006) on lisäksi tarkasteltu laajemmin mm. kuormituksen epäkeskisyyden vaikutusta eri laskentamenetelmillä sekä analysoitu eri kantavuuskaavojen vaikutuksia tuloksiin, mutta laskelmat on tehty aiemman kansallisen liitteen luonnoksen mukaisesti.

21 5 PAALUJEN GEOTEKNINEN KANTOKESTÄVYYS 5.1 PAALUJEN KORRELAATIOKERTOIMIEN ARVOT JA NIIDEN VAIKUTUS KOKONAISVARMUUTEEN Eurokoodi 7-1:n (EC 7-1) mukaisia osavarmuuslukuja ja korrelaatiokertoimia vastaavat kokonaisvarmuusluvut (KV) voidaan arvioida kaavalla: KV = (γ G G R + γ Q Q R ) x ξ x γ t jossa KV on kokonaisvarmuusluku γ G pysyvän kuorman osavarmuusluku γ Q muuttuvan kuorman osavarmuusluku ξ kestävyyden määritystavasta riippuva korrelaatiokerroin γ t kestävyyden osavarmuusluku G R pysyvän kuorman osuus kokonaiskuormasta Q R muuttuvan kuorman osuus kokonaiskuormasta (G R + Q R = 1) 21 Tehtyjen vertailujen tuloksia on esitetty oheisissa taulukoissa ja kuvissa Kertoimien valinta on tehty siten, että EC7-1 mukaisilla laskelmilla päädytään suunnilleen nykyisen kaltaiseen kokonaisvarmuuteen useimmin kyseeseen tulevilla muuttuvan ja pysyvän kuorman suhteilla. Taulukoissa kuormitusten määrittämiseen on käytetty kaavoja 6.10 a ja 6.10b, joista suuremman yhdistelmän antava on valittu määrääväksi. Tässä esitetyt vertailut on tehty puristusjännityksen alaisille paaluille ja kestävyyden osavarmuuslukuna on käytetty kansallisen liitteen taulukoissa A.6 A.8 (FIN) olevaa kestävyyden osavarmuuslukua kokonais/yhdistetylle puristukselle γ t =1,2.

22 5.2 PAALUN VARMUUSLUKUVERTAILU STAATTISTEN KOEKUORMITUSTEN PERUSTEELLA 22 Taulukko 5.1 Kantokestävyys staattisten koekuormitusten perusteella. Kokonaisvarmuusluku F. Korrelaatiokerroin ξ 1 (tulosten keskiarvolle), kestävyyden osavarmuusluku γ t = 1,2. Q/(G+Q) EC0FIN 10a EC0FIN 10b γ t = 1.2 EC0FIN 10a EC0FIN 10b EC7:n NA:n kuormitettujen paalujen lkm. ξ 1 ξ 1 Q/(G+Q) /kaikki /50% RakMk B Kansallinen minimiarvo RakMK-B3:n mukaan luotettavin koemenetelmin varmennettuna on KV = 1,6 Paalujen kok.varmuus F. Staatt,koekuormitetut paalut.taulukko A.9., ksii1 Kok.varm Q/(Q+G) 5/kaikki 4 3/50% 2 1 RakMk B3 Kuva 5.1. Kokonaisvarmuusluvun (F) ja staattisesti koekuormitettujen paalujen lukumäärän sekä kuormitussuhteen (Q/(Q+G)) yhteys, kun paalun kestävyys on mitoitettu EC 7-1:n mukaan NA:n taulukon A.9 (FIN) korrelaatiokerrointa ξ 1 ja kestävyyden osavarmuuslukua (γ t = 1,2) käyttäen..

23 23 Taulukko 5.2 Kantokestävyys staattisten koekuormitusten perusteella. Kokonaisvarmuusluku F. Korrelaatiokerroin ξ 2 (tulosten minimiarvolle). Kestävyyden osavarmuusluku γ t = 1,2. EC0FIN 10a EC0FIN 10b γ t = 1.2 EC0FIN 10a EC0FIN 10b EC7: NA:n Q/(G+Q) n ξ 2 ξ 2 kuormitettujen p lkm 1 1 5/kaikki /50% RakMk B Kansallinen minimiarvo RakMK-B3:n mukaan luotettavin koemenetelmin varmennettuna on KV = 1,6 Paalujen kokonaisvarmuus F. Staatt,koekuormitus.Taul. A.9., ksii2 Kok.varm Q/(Q+G) 5/kaikki 4 3/50% 2 1 RakMk B3 Kuva 5.2. Kokonaisvarmuusluvun (F) ja staattisesti koekuormitettujen paalujen lukumäärän sekä kuormitussuhteen (Q/(Q+G)) yhteys, kun paalun kestävyys on mitoitettu EC 7-1:n mukaan NA:n taulukon A.9 (FIN) korrelaatiokerrointa ξ 2 ja osavarmuuslukua (γ t = 1,2) käyttäen.

24 5.3 PAALUN VARMUUSLUKUVERTAILU POHJATUTKIMUSTULOSTEN PERUSTEELLA 24 Taulukko 5.3 Kantokestävyys pohjatutkimustulosten perusteella. Kokonaisvarmuusluku F. Korrelaatiokerroin ξ 3 (tulosten keskiarvolle ), kestävyyden osavarmuusluku γ t = 1,2. Q/(G+Q) EC0FIN 10a EC0FIN 10b γ t = 1.2 EC0FIN 10a EC0FIN 10b FIN 610a+b NA:n ξ 3 Q/(G+Q ) EC7 mallik =tulo Koeprofiilien ξ 3 err. lkm RakMk B (Kansallinen minimiarvo RakMK-B3:n mukaan KV = 2,2 ja LPO-2005:n mukaan 2,5). Paalujen kokonaisvarmuus F. Pohjatutk. Perusteella. A10. Ksii3 Kok.varmuus Q/(Q+G) RakMk B3 Kuva 5.3. Paalun kantokestävyys pohjatutkimustulosten perusteella. Kokonaisvarmuusluvun (F), koeprofiilien lukumäärän sekä kuormitussuhteen (Q/(Q+G)) yhteys, kun paalun kestävyys on mitoitettu EC 7-1:n mukaan NA:n taulukon A.10 (FIN) korrelaatiokerrointa ξ 3 ja osavarmuuslukuja (γ t = 1,2) käyttäen.

25 25 Taulukko 5.4 Kantokestävyys pohjatutkimustulosten perusteella. Kokonaisvarmuusluku F. Korrelaatiokerroin ξ 4 (tulosten miniarvolle), kestävyyden osavarmuusluku γ t = 1,2. Q/(G+Q) EC0FIN 10a EC0FIN 10b γ t = 1.2 EC0FIN 10a EC0FIN 10b NA:n ksii4 Q/(G+Q) EC7 mallikerr =tulo koeprofiilien ξ 4 lkm RakMk B Paalujen kokonaisvarmuus F. Pohjatutk. Perusteella. A10. Ksii Kok.varmuus Q/(Q+G) RakMk B3 Kuva 5.4. Paalun kantokestävyys pohjatutkimustulosten perusteella. Kokonaisvarmuusluvun (F), koeprofiilien lukumäärän sekä kuormitussuhteen (Q/(Q+G)) yhteys, kun paalun kestävyys on mitoitettu EC 7-1:n mukaan NA:n taulukon A.10 (FIN) korrelaatiokerrointa ξ 4 ja osavarmuuslukuja (γ t = 1,2) käyttäen.

26 5.4 PAALUN VARMUUSLUKUVERTAILU DYNAAMISTEN KOEKUORMITUSTEN PERUSTEELLA KOKONAISVARMUUSLUKU TULOSTEN KESKIARVOJEN PERUSTEELLA (ξ 5 ) 26 Taulukko 5.5 Kantokestävyys dynaamisten koekuormitusten perusteella: dyn. koekuormitus; ei sign.sov. Kokonaisvarmuusluku F. Korrelaatiokerroin ξ 5 (tulosten keskiarvolle), kestävyyden osavarmuusluku γ t = 1,2. Q/(G+Q) EC0FIN a EC0FIN b γ t = 1.2 EC0FIN a EC0FIN b Q/(G+Q) NA:n dyn.koekuorm. Q/(G+Q) ξ 5 EC7 malli (ei sign ξ 5 kerr. =tulo sov.) lkm /100% /50% PRO-2005, dyn. koek. ei sign.sov Paalujen kokonaisvarmuus F. Dyn.koekuormitus Taulukko A11. Ksii Kok.varm Q/Q+G) 20/100% 15 10/50% 5 2 PRO-2005, iskuaalto Kuva 5.5. Paalun kantokestävyys dyn. koekuormitusten perusteella (ei signaalin sovitusta). Kokonaisvarmuusluvun (F), koekuormitusten lukumäärän sekä kuormitussuhteen (Q/(Q+G)) yhteys, kun paalun kestävyys on mitoitettu EC 7-1:n mukaan NA:n taulukon A.11 (FIN) korrelaatiokerrointa ξ 5 ja osavarmuuslukuja (γ t = 1,2) käyttäen.

27 27 Taulukko 5.6 Kantokestävyys dynaamisten koekuormitusten perusteella: dyn.koekuormitus+ sign.sov. Kokonaisvarmuusluku F. Korrelaatiokerroin ξ 5 (tulosten keskiarvolle), kestävyyden osavarmuusluku γ t = 1,2. NA:n dyn.koekuorm. Q/(G+Q) ξ 5 + EC7 mallik sign.sov ξ 5 erroin =tulo paalujen lkm /100% /50% PRO- 2005, sign. sov Paalujen kokonaisvarmuus F. Dyn.koekuormitus+sign.sov. Taulukko A11. Ksii Kok.varm /100% /50% PRO-2005, sign. sov Q/Q+G) Kuva 5.5. Paalun kantokestävyys dyn.koekuormitusten perusteella: Dyn.kuormitus+sign.sovitus. Kokonaisvarmuusluvun (F), koekuormitusten lukumäärän sekä kuormitussuhteen (Q/(Q+G)) yhteys, kun paalun kestävyys on mitoitettu EC 7-1:n mukaan NA:n taulukon A.11 (FIN) korrelaatiokerrointa ξ 5 ja osavarmuuslukuja (γ t = 1,2) käyttäen.

28 28 Taulukko 5.7 Kantokestävyys dynaamisten lyöntikokeiden perusteella: Paalutuskaava+ joustomittaukset. Kokonaisvarmuusluku F. Korrelaatiokerroin ξ 5 (tulosten keskiarvolle), kestävyyden osavarmuusluku γ t = 1,2. NA:n Paalutuskaava, Q/(G+Q) ξ 5 EC7 malli tarkasteltujen ξ 5 kerr oin =tulo paalujen lkm /100% /50% PRO- 2005,paalutuskaava Paalujen kokonaisvarmuus F. Paalutuskaava+joustomitt. Taulukko A11. Ksii5. Kok.varm Q/Q+G) 20/100% /50% PRO-2005,paalutuskaava Kuva 5.7. Paalun kantokestävyys dyn.lyöntikokeiden perusteella (paalutuskaava+ joustomittaukset). Kokonaisvarmuusluvun (F), lyöntikokeiden lukumäärän sekä kuormitussuhteen (Q/(Q+G)) yhteys, kun paalun kestävyys on mitoitettu EC 7-1:n mukaan NA:n taulukon A.11 (FIN) korrelaatiokerrointa ξ 5 ja osavarmuuslukuja (γ t = 1,2) käyttäen.

29 29 Taulukko 5.8 Kantokestävyys dynaamisten lyöntikokeiden perusteella: Paalutuskaava, ei joustomittauksia. Kokonaisvarmuusluku F. Korrelaatiokerroin ξ 5 (tulosten keskiarvolle), kestävyyden osavarmuusluku γ t = 1,2. NA:n Paalutuskaava. Q/(G+Q) ksii5 EC7 Malli ei ξ 5 Kerroin =tulo joustomitt. Tark. paal. lkm /100% /50% PRO- 2005,paalu tuskaava Paalujen kokonaisvarmuus F. Paalutuskaava ei joustomitt. Taulukko A11. Ksii Kok.varm /100% /50% PRO-2005,paalutuskaava Q/Q+G) Kuva 5.8. Paalun kantokestävyys dyn.lyöntikokeiden perusteella: Paalutuskaava, ei joustomittauksia. Kokonaisvarmuusluvun (F), lyöntikokeiden lukumäärän sekä kuormitussuhteen (Q/(Q+G)) yhteys, kun paalun kestävyys on mitoitettu EC 7-1:n mukaan NA:n taulukon A.11 (FIN) korrelaatiokerrointa ξ5 ja osavarmuuslukuja (γ t = 1,2) käyttäen.