HANNA LEPPÄNEN PAALUTUKSESTA JA PONTITUKSESTA AIHEUTUVA TÄRINÄ. Diplomityö

Koko: px
Aloita esitys sivulta:

Download "HANNA LEPPÄNEN PAALUTUKSESTA JA PONTITUKSESTA AIHEUTUVA TÄRINÄ. Diplomityö"

Transkriptio

1 HANNA LEPPÄNEN PAALUTUKSESTA JA PONTITUKSESTA AIHEUTUVA TÄRINÄ Diplomityö Tarkastajat: Professori Tim Länsivaara, TkL Matti Hakulinen Tarkastajat ja aihe hyväksytty Rakennustekniikan osastoneuvoston kokouksessa 4. kesäkuuta 2008

2 TIIVISTELMÄ TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO Rakennustekniikan koulutusohjelma LEPPÄNEN, HANNA: Paalutuksesta ja pontituksesta aiheutuva tärinä Diplomityö, 160 sivua, 28 liitesivua Marraskuu 2008 Pääaine: Yhdyskuntarakentaminen Tarkastajat: Professori Tim Länsivaara, TkL Matti Hakulinen Avainsanat: tärinä, paalutus, pontitus, vaimeneminen Tässä työssä käsitellään paalutuksen ja pontituksen aiheuttamaa tärinää. Tarkastelun kohteena on tärinän syntyminen paalutus- ja pontitustyön yhteydessä sekä tärinän leviäminen maaperässä. Olemassa olevia tärinän arvioimismenetelmiä, ja niiden toimivutta tarkastellaan, samoin kuin paalutus- ja pontitustyöstä aiheutuvan tärinän suuruutta ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Näiden ohella sivutaan lyhyesti tärinän aiheuttamia painumia maaperässä. Työmenetelmänä on käytetty kirjallisuustutkimusta ja kokeellisia mittauksia. Kirjallisuudesta selvitettiin olemassa oleva tieto ja teoriat liittyen tärinän syntyyn ja leviämiseen yleisesti, sekä kohdennetusti paalutus- ja pontitustyöhön liittyen. Lisäksi kartoitettiin kirjallisuudesta löytyvät riittävän hyvin raportoidut paalutus- ja pontitustärinämittaukset, joista on tähän työhön koottu yhteenveto. Raportoidut tärinämittaukset sisälsivät lyöntipaalutusta eri menetelmillä erilaisten paalujen osalta, sekä ponttien asentamista täryttämällä ja puristamalla. Kokeellisessa osuudessa tärinää mitattiin yhteensä neljässä kohteessa. Ratinan kohteessa asennettiin teräsbetonisia löyntipaaluja, Viialassa pieniläpimittaisia teräsputkipaaluja, Lappeenrannassa suuriläpimittaisia teräsputkipaaluja ja Tampereen Yliopiston läheisellä työmaalla teräspontteja kun asennusmenetelmänä oli täryttäminen. Tärinää mitattiin kiihtyvyysantureilla kolmikomponenttimittauksena, mutta mitatut heilahduskiihtyvyyden arvot integroitiin heilahdusnopeudeksi tarkastelua varten. Lisäksi tärinän taajuus selvitettiin Fourierin muunnoksen avulla. Mittaustuloksia ja kirjallisuuden mittausraportteja tarkasteltiin olemassa olevien tärinän arviointimenetelmien pohjalta. Tarkempi vertailu tehtiin lyöntipaalutusohjeessa annettuun tärinän arviointikaavaan, jossa empiirinen kerroin k määritettiin tapauskohtaisesti. Saadut k-arvot vaihtelivat välillä 0,1 2,2. Tärinän teoreettista vaimenemista etäisyyden suhteen tarkasteltiin aaltojen geometrinen vaimeneminen ja materiaalivaimeneminen huomioon ottaen. Tärinän havaittiin vaimenevan useimmiten suunnilleen suhteessa 1/r 1 vaakaetäisyyteen nähden. Paalutus- ja pontitustärinän syntyminen, leviäminen ja vaimeneminen on kaikenkaikkiaan monimutkainen ilmiö, ja tärinän tarkempi ennakointi vaatii nykyistä edistyksellisempiä menetelmiä. - II -

3 ABSTRACT TAMPERE UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Master s Degree Programme in Civil Engineering LEPPÄNEN, HANNA: Vibration from pile and sheetpile driving Master of Science Thesis, 160 pages, 28 Appendix pages November 2008 Major: Civil Engineering Examiner: Professor Tim Länsivaara, Lic.Sc. Matti Hakulinen Keywords: vibration, piling, sheetpiling, attenuation This master s thesis focuses on soil vibration caused by piling and sheet piling. Emphasis is laid on the generation, propagation and attenuation of vibration. Further, the existing prediction methods are considered as well as the factors affecting the magnitude of vibration from piling and sheet piling operations. Additionally a brief look is taken to settlements caused by vibration. The methods used on this research are literature survey and experimental studies. Current knowledge and theories about vibration generally, and specifically relating on piling and sheet piling were examined. Also the existing reports of previous pile and sheet pile vibration measurements were discovered from literature and summarized here. The found reports included measurements on various impact driven piles and sheet piles driven by vibro- and press-in -methods. The experimental part consists of vibration measurements at four separate construction sites. Mounted pile types were as follows: Impact driven reinforced concrete piles at Ratina site, steel pipe piles with small and respectively large diameter at two separate sites in Viiala and Lappeenranta, and vibratory driven steel sheet piles at Yliopistonrinne site. Vibration measurement was performed by accelerometers, but signals were integrated with regard to time, and results are thus discussed in form of vibration velocity. The frequency of vibration was also determined by Fourier transformation. Results from literature research and experimental studies were compared to existing vibration estimation method which is given in the instruction for driven piles (Lyöntipaalutusohje). The case-specific empirical coefficient k was defined for different cases, and it varied between 0,1 2. Measured vibration was also studied considering theoretical vibration attenuation including geometrical and material damping. It was observed that usually attenuation rate for vibration from piling is 1/r 1 in proportion to horizontal distance. On the whole, generation, propagation and attenuation of vibration from pilig and sheetpiling is a complex problem, and more sophisticated methods are required for more accurate estimation of vibration. - III -

4 ALKUSANAT Tämä diplomityö on tehty Tampereen Teknillisellä Yliopistolla. Työ on osa rakentamisen aiheuttamat tärinät projektia, jonka rahoittajia ovat Espoon kaupunki, Helsingin kaupunki, Kuopion kaupungin tekninen virasto, Vantaan kaupunki, Bauer Maschinen GmbH, Destia, Infra ry, Lemminkäinen Infra Oy, Maanalaisten tilojen rakentamisyhdistys MTR ry, Rakennusteollisuus RT ry, Ramboll Finland Oy, Ratahallintokeskus RHK, Rautaruukki Oy, Skanska Oy, Tiehallinto ja YIT. Haluan kiittää kaikkia projektin rahoittamiseen osallistuneita tahoja, jotka ovat näin mahdollistaneet myös tämän diplomityön tekemisen. Työn tarkastajina ja ohjaajina ovat toimineet professori Tim Länsivaara, ja TkL Matti Hakulinen. Esitän parhaimmat kiitokset heille kommenteista ja neuvoista, sekä kaikesta muusta avusta työn tekemisen aikana. Työn kokeellisen osuuden läpivieminen on vaatinut usean henkilön työpanosta. Kiitos yli-insinööri Kauko Sahille ja häntä avustaneille henkilöille mittalaitteiston toteutuksesta, sekä työmaalla mittauksissa mukana olleille, erityisesti laboratoriomestari Marko Hapolle. Mittaustulosten käsittely- ja tulkintavaiheessa DI Heikki Luomalan opastus ja neuvot olivat todella tarpeellisia, esitän lämpimän kiitokseni myös hänelle. Haluan kiittää lisäksi työmaiden vastuuhenkilöitä ja paalutusurakoitsijoita myönteisestä ja joustavasta suhtautumisesta tehtyihin tärinämittauksiin. Suuri kiitos kuuluu myös läheisilleni jotka ovat kannustaneet ja olleet tukena niin tämän työn tekemisen, kuin koko opiskelujeni ajan. Hyvinkäällä Hanna Leppänen - IV -

5 SISÄLLYS TIIVISTELMÄ ABSTRACT ALKUSANAT MERKINNÄT II III IV VII 1. JOHDANTO 9 2. TÄRINÄ MAAPERÄSSÄ Tärinäaallot Värähtelyliikkeen kuvaaminen matemaattisesti Tärinäaallot elastisessa väliaineessa Tärinän vaimeneminen Geometrinen vaimennus Materiaalivaimennus Vaimenemisen yhteisvaikutus Maaperän ominaisuuksien vaikutus tärinään Maakerroksen ominaistaajuus Maan kerroksellisuuden ja pohjaveden vaikutus Tärinän mittaaminen PAALUTUKSESTA JA PONTITUKSESTA AIHEUTUVA TÄRINÄ Eri menetelmiä paalujen ja ponttien asentamiseksi Lyöntipaalutuksesta aiheutuva tärinä Tärinän syntyminen lyöntipaalutuksen yhteydessä Paalutustärinän arviointi empiirisin keinoin Tärinän teoreettinen synty ja leviäminen paalutuksen yhteydessä, sekä tärinän arviointi tämän mukaisesti Paalutustärinän arviointi numeerisin menetelmin Pontin täryasennuksen aiheuttama tärinä Paalutuksen ja pontituksen aiheuttamat painumat TÄRINÄMITTAUKSIA KIRJALLISUUDESSA Paalutus Paalujen asentaminen eri menetelmillä, Espoo ja Helsinki Paalujen asentaminen eri menetelmillä, useita kohteita Suuriläpimittaiset teräsputkipaalut, Pusan Betoniset lyöntipaalut, Taiwan Franki-paalut, Adelaide Pontitus Tärypontitus, San Fransisco Tärypontitus, useita kohteita Kreikassa U-ponttien asennus täryttämällä, Tukholma ja Vårby 77 - V -

6 Z-pontin asentaminen täryttämällä, Chicago U- ja Z- pontin asentaminen lyömällä, täryttämällä ja puristamalla, Kristiansand U-ponttien asentaminen puristamalla, New Orleans ja Utrcht Puristuspontitus, useita kohteita Yhteenveto kirjallisuuden tärinämittauksista KOKEELLISET TÄRINÄMITTAUKSET Mittauksen periaatteita Mittalaitteisto Mittausdatan käsittely Ratina, Tampere. Teräsbetonipaalujen asentaminen lyömällä Viiala. Pieniläpimittaisten teräsputkipaalujen asentaminen VT 6, Lappeenranta. Suuriläpimittaisten teräsputkipaalujen asentaminen Yliopistonrinne, Tampere. Pontin asentaminen täryttämällä Mittaustulosten analysointi Tärinän vaimenemisnopeus Materiaalivaimennus Vertailu lyöntipaalutusohjeen kaavaan Yhteenveto JOHTOPÄÄTÖKSET 147 LÄHTEET LIITTEET - VI -

7 MERKINNÄT A tärinän siirtymäamplitudi (mm) a(t) heilahduskiihtyvyys ajanhetkellä t (mm/s 2 ) a max maksimi heilahduskiihtyvyys, heilahduskiihtyvyysamplitudi (mm/s 2 ) c p, c P puristusaallon etenemisnopeus (m/s) c r, c R, v r Rayleighin aallon etenemisnopeus (m/s) c s, v s leikkausaallon nopeus (m/s) D etäisyys (m) D paalun kärjen syvyys (m) D vaimennussuhde D max maksimi vaimennussuhde d tärinälähteen syvyys (m) E kimmomoduuli (Pa) E tärinän siirtymistehokkuus paalusta maaperään F H Vasaran tehokkuuskerroin F i dynaaminen voima paalussa (N) F v tärinän voimistumiskerroin f taajuus, (1/s, Hz) f n ominaistaajuus (1/s, Hz) G leikkausmoduuli (Pa) G max maksimi leikkausmoduuli (Pa) H maakerroksen paksuus (m) J c dimensioton vaimennuskerroin k olosuhderiippuvainen kerroin k kerroin (m 2 /sj 0,5 ) k c materiaalikerroin sylinterimäisesti eteneville aalloille ( m ) kg k s materiaalikerroin pallomaisesti eteneville aalloille ( m pseudovaimenemisen kerroin n geometrisen vaimenemisen kerroin n kertaluku Ri etäisyys tärinälähteeseen (m) R S dynaaminen vastus paalun vaipalla (N) R T dynaaminen vastus paalun kärjessä (N) r etäisyys paalusta mittauspisteeseen (m) r crit kriittinen etäisyys (m) r1 vaakaetäisyys paalusta mittapisteeseen (m) m 2 ) kg - VII -

8 r2 etäisyys paalun kärjestä mittapisteeseen, kun etäisyys on alle paalun tunkeutumissyvyyden suuruinen (m) r3 etäisyys paalun kärjestä mittapisteeseen, kun etäisyys on suurempi kuin paalun tunkeutumissyvyys (m) S P maan ja paalun välinen kontaktipinta-ala (m 2 ) T tarkasteluajanjakson pituus (s) t aika (s) V aallonnopeus (m/s) v(t) heilahdusnopeus ajanhetkellä t (mm/s) v c sylinterimäisesti etenevien aaltojen pystysuuntainen heilahdusnopeuskomponentti (mm/s) v Sv pallomaisesti etenevien aaltojen pystysuuntainen heilahdusnopeuskomponentti (mm/s) v max maksimi heilahdusnopeus, heilahdusnopeusamplitudi (mm/s) v i heilahdusnopeus etäisyydellä R i (mm/s) v P partikkelin nopeus paalussa / paalun ja maan välinen suhteellinen nopeus (m/s) W lyöntienergia per lyönti (Nm) W 0 paaluvasaran potentiaalienergia (Nm) x(t) siirtymä ajanhetkellä t (mm) x max maksimi siirtymä, siirtymäamplitudi (mm) x RMS heilahdussiirtymän tehollisarvo (mm) Z, Z P Paalun impedanssi (Ns/m) z s maan impedanssi leikkausaalloille (Ns/m 3 ) α materiaalivaimennuskerroin (m -1 ) Θ crit kriittinen kulma (aste) λ aallonpituus (m) ρ tiheys (kg/m 3 ) υ Poissonin luku ω kulmanopeus (1/s, Hz) - VIII -

9 1. JOHDANTO Tärinä asutussa ympäristössä koetaan kasvavana ongelmana. Syynä tähän on asumisen ja tärinää aiheuttavien toimintojen sijaitseminen yhä lähempänä toisiaan, sekä toisaalta myös kasvanut tietoisuus ja vaatimukset häiriöttömästä ympäristöstä. Liikennetärinää maantie ja erityisesti rautatieliikenteen osalta on tutkittu melko paljon. Rakennustöiden, kuten räjäytystyöt, paalutus, pontitus, tiivistys ym. aiheuttama tärinä on jäänyt hieman vähemmälle huomiolle osittain ehkä sen väliaikaisuuden vuoksi. Kuitenkin jatkossa joudutaan yhä tiivistyvän yhdyskuntarakenteen vuoksi rakentamaan lähellä ihmisiä ja olemassa olevia rakennuksia, mikä on omiaan lisäämään ongelman ajankohtaisuutta myös rakennustöiden aiheuttaman tärinän kohdalla. Pohjarakennustöiden yhteydessä syntyvä tärinä ja sen vaikutukset ympäristöön tunnetaan puutteellisesti. Tärinän realistinen arvioiminen olisi kuitenkin tärkeää. Tärinä voi vaurioittaa rakenteita ja herkkiä laitteita, minkä lisäksi se häiritsee ihmisiä. Tärinän huomioimatta jättäminen, tai tärinätason arvioiminen todellista pienemmäksi saattaa johtaa työnaikaisiin vaurioihin läheisissä rakenteissa ja mahdollisesti työn keskeyttämiseen. Toisaalta jos tärinätaso arvioidaan liian konservatiivisesti, joudutaan mm työmenetelmiä rajoittamaan tarpeettomasti, mikä aiheuttaa usein lisäkustannuksia ja aikataulun venymistä. Tämä diplomityö on osa Rakentamisen aiheuttamat tärinät projektia. Projektissa käsitellään laajemmin rakentamisen aiheuttamaa tärinää, sekä sen vaikutuksia. Tässä työssä syvennytään paalutuksen ja pontituksen aiheuttamaan tärinään. Aihetta lähestytään tärinän synnyn ja leviämisen kannalta, eikä esimerkiksi tärinän vaikutuksia ja raja-arvoja tarkastella. Aiheen rajausta selventää kuva 1-1, jossa kokonaisuus, joka kattaa koko tapahtumaketjun paalutustärinän syntymisestä sen vaikutuksiin, on jaettu viiteen osakokonaisuuteen. Tässä työssä käsitellään kohtia 1,2 ja Energian välittyminen paalutusvasaran ja paalun muodostamassa systeemissä 2. Paalun ja maan välinen vuorovaikutus 3. Tärinän eteneminen maassa 4. Maan ja tärinälle altistuvan rakenteen välinen vuorovaikutus 5. Rakenteen tärinää vahvistavat ja vaimentavat ominaisuudet

10 Kuva 1-1 Paalutustärinän syntyminen ja välittyminen läheiseen rakennukseen (muokattu Massarsch 1992, p.15 pohjalta). Työ koostuu kuudesta kappaleesta. Kappaleessa 2 käsitellään yleisellä tasolla tärinäaaltoja ja niiden ominaisuuksia. Kappaleessa 3 on tarkasteltu kohdistetusti nimenomaan paalutuksesta ja pontituksesta aiheutuvaa tärinää, ja siihen liittyviä erityispiirteitä. Siinä on pyritty selvittämään tärinän syntymekanismeja, sekä esitetty käytössä olevia paalutus- ja pontitustärinän arviointimenetelmiä. Kappaleessa 4 esitellään joitain kirjallisuudessa esiintyviä ponttien ja erilaisten paalujen asentamisen aikana tehtyjä tärinämittauksia. Työn kokeelliseen osuuteen kuuluvat tärinämittaukset on esitelty kappaleessa 5, jossa saatuja tuloksia on analysoitu kappaleessa 3 esitettyjen tärinän syntymekanismien, sekä toisaalta olemassa olevien tärinän arviointimenetelmien pohjalta. Kappale 6 sisältää työn johtopäätökset

11 2. TÄRINÄ MAAPERÄSSÄ 2.1. Tärinäaallot Värähtelyliikkeen kuvaaminen matemaattisesti Tärinä on liikettä, jossa energia kulkee aallon muodossa väliainetta pitkin ilman, että väliaine itsessään siirtyy. Väliaineen partikkelit liikkuvat tasapainoasemansa ympärillä, ja palaavat takaisin tasapainoasemaansa, kun aaltoliike on mennyt ohi. (Viking et al. 2000a, p.293) Yksinkertaisimmillaan värähtelyä voidaan kuvata harmonisena liikkeenä (Kuva 2-1), joka on siniaalto. Yksittäisen partikkelin asema tietyllä ajanhetkellä saadaan tällöin aallon maksimipoikkeamisaseman, eli amplitudin, ja kulmanopeuden, sekä vaihekulman perusteella. Koska vaihekulma on tässä yhteydessä usein merkityksetön, riippuu pisteen sijainti ainoastaan amplitudista ja kulmanopeudesta. Tällöin pisteen x sijainti ajanhetkellä t voidaan ilmoittaa yhtälön 2.1 mukaisesti. x( t) = Asin( ωt) (2.1) x(t) = pisteen x sijainti ajanhetkellä t (mm) A = siirtymäamplitudi (mm) ω = kulmanopeus (1/s, Hz) Pisteen heilahdusnopeus v ja heilahduskiihtyvyys a saadaan derivoimalla kaava 2.1 ajan suhteen, siten että nopeus on siirtymän 1. derivaatta (kaava 2.2) ja kiihtyvyys siirtymän 2. derivaatta (kaava 2.3) ajan suhteen. π v ( t) = Aω cos( ωt) = Aω sin( ωt + ) (2.2) a ( t) = Aω sin( ωt) = Aω sin( ωt + π ) (2.3) Värähtelyn taajuus (frekvenssi) f on riippuvainen kulmanopeudesta kaavan 2.4 mukaisesti. Tärinää tarkasteltaessa ollaan useimmiten kiinnostuneita nimenomaan tärinään liittyvistä maksimeista, eikä niinkään partikkelin sijainnista tietyllä ajanhetkellä. Tällöin tärinän suuruuden kannalta merkityksellisiä ovat tärinän siirtymän, nopeuden ja kiihtyvyyden maksimiarvot, jotka saadaan kaavojen mukaisesti. ω f = (2.4) 2π x max = A (2.5)

12 v a = Aω A2πf (2.6) max = 2 2 max Aω = A( 2πf ) = (2.7) Näin ollen voidaan todeta, että tärinän heilahdusnopeuden ja heilahduskiihtyvyyden maksimiarvot ovat riippuvaisia värähtelyn siirtymäamplitudista ja tärinän taajuudesta. (Holmberg 1984 s , Hakulinen 2007 s.5-6) Kuva 2-1 Yhden vapausasteen värähtelijän harmoninen värähtely (Hakulinen 2007, s.6) Tärinäaaltoja sanotaan deterministisiksi silloin kun niitä voidaan ennustaa etukäteen jonkin matemaattisen funktion avulla, kuten edellä esitetyn siniaallon tapauksessa. Käytännössä tärinä ei ole yleensä tarkalleen ottaen ennustettavissa, mutta likimääräinen arviointi on kuitenkin mahdollista. Paalutus aiheuttaa pääasiassa kolmea erityyppistä tärinää: Iskuvärähtelyä, jaksollista värähtelyä ja näennäistä jaksollista värähtelyä. Iskumuotoista värähtelyä aiheutuu lyöntipaalutuksen yhteydessä, ja sitä voidaan likimääräisesti kuvata ekspotentiaalisesti vaimenevana siniaaltona. Tasaista jaksollista värähtelyä voidaan kuvata siniaaltona, ja sitä syntyy täryasennuksen yhteydessä. Näennäisjaksollista värähtelyä syntyy korkeataajuuksisten paalutusvasaroiden käytön yhteydessä. Erityyppisiä värähtelyitä, ja niiden taajuusjakaumat on esitetty kuvassa 2-2. (Holmberg 1984 p.15-16)

13 Kuva 2-2 Esimerkkejä erityyppisistä värähtelylyistä. a) jaksollinen sinivärähtely, b) jaksollienen värähtely jossa kahta taajuuskomponenttia, c) iskuvärähtely (Holmberg et al p.17) Tärinäaallot elastisessa väliaineessa Aalto voi olla sähkömagneettinen tai mekaaninen. Mekaaninen aalto tarvitsee edetäkseen väliaineen, toisin kuin sähkömagneettinen aalto. Seuraavassa käsitellään tärkeimpiä mekaanisessa väliaineessa eteneviä aaltotyyppejä, ja niiden ominaisuuksia, kuten niiden aiheuttamaa partikkelin liikettä, ja aallon etenemisnopeutta väliaineessa. Aaltojen etenemistarkastelu perustuu olettamukseen, että väliaineen muodonmuutokset ovat elastisia, ja että materiaalin jännitys-muodonmuutos -riippuvuus on lineaarinen. Maamateriaali ei todellisuudessa vastaa kyseistä olettamusta, mutta riittävän pienillä muodonmuutoksilla tärinän voidaan olettaa olevan elastista. Aallot voidaan jakaa niiden etenemistavan mukaan runko ja pinta-aaltoihin. Runkoaaltoja ovat puristusaallot (p-aalto) ja leikkausaallot (s-aalto), ja pinta-aaltoja Rayleighin aallot (R-aalto) ja Love-aallot (L-aalto). (Massarsch 2002, p.79) Muitakin aaltotyyppejä esiintyy, mutta ne ovat tässä yhteydessä merkitykseltään vähäisiä. Kuvassa 2-3 on kuvattu aallon etenemistä, sekä yksittäisen partikkelin liikettä eri aaltotyyppien kohdalla

14 Kuva 2-3 Eri aaltotyypit, niiden etenemissuunta, ja aallon partikkeliin aiheuttama liike (Athanasopoulos et al. 2000b, p.278) Runkoaallot Puristusaalto eli p-aalto on pituussuuntainen aalto, jossa yksittäiset partikkelit liikkuvat samansuuntaisesti aallon etenemissuunnan kanssa. Aalto etenee kolmiulotteisesti, ja sen edetessä väliaineeseen syntyy puristusta ja vetoa, sekä tästä seuraavia tilavuudenmuutoksia. Puristusaalto voi esiintyä etenemistapansa vuoksi myös väliaineessa joka ei välitä leikkausjännityksiä (kuten esimerkiksi neste tai kaasu). (Holmberg et al. 1984, s.22) Puristusaallolle voidaan määrittää enenemisnopeus kaavalla 2.8. (Massarsch 2002, p.81). 2(1 υ) c = G p * (2.8) ρ (1 2υ ) c p = Puristusaallon etenemisnopeus (m/s) G = leikkausmoduuli (Pa) ρ = tiheys (kg/m 3 ) υ = Poissonin luku

15 Koska kiinteä elastinen väliaine välittää leikkausjännityksiä, se voi välittää myös leikkausaaltoja. Sen sijaan esimerkiksi nesteessä tai kaasussa ei leikkausaaltoja voi esiintyä. Leikkausaalloissa, eli s-aalloissa yksittäisen partikkelin liikerata on kohtisuorassa aallon etenemissuuntaa vasten, ja se voidaan jakaa kahteen komponenttiin: vaakasuuntaiseen (sh-aalto) ja pystysuuntaiseen (sv-aalto) (Das 1983, p.94). Leikkausaalto etenee puristusaallon tavoin kolmiulotteisesti. (Holmberg et al. 1984, s.23) Leikkausaallon nopeuden suhde väliaineen leikkausmoduuliin ja tiheyteen on esitetty kaavassa 2.9. (Massarsch 2002, p.81). G c s = (2.9) ρ c s = Leikkausaallon etenemisnopeus (m/s) G = leikkausmoduuli (Pa) ρ = tiheys (kg/m 3 ) Taulukossa 2-1 on esitetty tyypillisiä arvoja puristus ja leikkausaallon nopeuksille eri maalajeissa. Taulukko 2-1: Tyypillisiä aallonnopeuksia p-, ja s-aalloille eri maalajeissa väliaineen muodonmuutosten ollessa pieniä. (Massarsch & Fellenius 2008, p.12) Pinta-aallot Pinta-aalloista merkittävin on Rayleighin aalto, joka esiintyy ainoastaan puoliavaruuden jännityksettömällä pinnalla. Pinta-aaltoja syntyy, kun runkoaallot kohtaavat rajapinnan, ja taittuvat ja heijastuvat siinä (Dowding 1996, p.21). R-aalto koostuu vaakasuorasta ja pystysuorasta komponentista, jotka aiheuttavat yksittäiseen partikkeliin ellipsin muotoisen pyörivän liikkeen. R-aallon nopeus voidaan arvioida s-aallon nopeuden ja poissonin luvun avulla kaavan 2.10 mukaisesti. (Massarsch et al. 2002, p.81-82) Yleisesti ottaen R-aaltojen nopeus on suunnilleen sama kuin s-aalloilla, ollen kuitenkin hieman pienempi

16 1 c r = c s (2.10) 1,135 0,182υ R-aallon vaaka ja pystykomponentin suuruuden vaihtelu syvyyden suhteen on esitetty kuvassa 2-4. Kuvasta ilmenee, että R-aallon vaikutussyvyys on suhteellisen pieni; noin 90% r-aallon energiasta kulkee alle yhden aallonpituuden syvyydellä pinnasta (Massarsch 2002, p.81). Koska aallonpituus voi olla kymmeniä metrejä, on R-aallon vaikutussyvyys monissa käytännön ongelmissa kuitenkin melko suuri. Esimerkiksi vaimennusseinämän rakentaminen riittävän syväksi saattaa olla hankalaa. Kuva 2-4 R-aallon pysty ja vaakakomponentin suuruus syvyyden suhteen (Dowding 1996, p.39) R-aallon lisäksi tunnetaan myös toinen pinta-aalto, Love-aalto. L-aalto voi muodostua kerroksellisessa maassa pintakerrokseen jonka alapuolisen kerroksen leikkausaallonnopeus on kyseessä olevaa kerrosta suurempi. L-aalto koostuu s-aallon vaakasuuntaisista komponenteista jotka heijastuvat kerroksen ylä- ja alapinnasta. L- aallon nopeus on pienempi kuin s-aallon nopeus kyseisessä kerroksessa, mutta suurempi kuin s-aallon nopeus alapuolisessa kerroksessa. (Richart 1970, s.100) Koska L-aalto on merkitykseltään selvästi vähäisempi paalutustärinän kannalta, kuin muut esitellyt aaltotyypit, ei sitä käsitellä enempää tässä yhteydessä. Tärinän koostuminen eri aaltotyypeistä Jos tärinän aiheuttaja olisi pistemäinen, vain hyvin lyhytkestoinen kuorma, elastisen väliaineen pinnalla, olisi sen aiheuttama partikkelin siirtymä-aika kuvaaja etäämmällä, väliaineen pinnalla kuvan 2-5 kaltainen. Kuvaajasta voidaan selvästi erottaa eri aaltotyyppien saapuminen tarkastelupisteeseen (vrt. eri aaltotyyppien aallonnopeudet): ensin saapuu p-aalto, jonka jälkeen on tauko ennen s- ja R-aaltojen saapumista tarkastelupisteeseen. Todellisessa tilanteessa tärinäkuormitus on pidempikestoista ja

17 koostuu useammasta värähtelystä, jolloin aaltotyyppien erottaminen toisistaan on paljon vaikeampaa. Lisäksi todellisessa tilanteessa maan kerroksellisuus ja epähomogeenisuus sotkevat tilannetta. (Richart 1970, pp.88-90) Tärinästä ei näin ollen yleensä voida käytännössä erottaa eri aaltotyyppejä toisistaan, vaan tarkasteltavana on eri aaltotyyppien aiheuttama yhteisvaikutus. Kuva 2-5 Aallon kulkeutuminen elastisessa väliaineessa: a) vaakasuuntainen (pitkittäinen) ja b) pystysuuntainen siirtymä ajan suhteen kuvattuna (Richart et al. 1970, p.90) Kuvassa 2-6 on esitetty aaltorintaman eteneminen eri aaltotyyppien kohdalla elastisessa puoliavaruudessa, kun väliaineen pintaa kuormitetaan pystysuoralla syklisellä kuormalla. Tällöin syntyy p-, s-, ja R-aaltoja, jotka etenevät kullekin aaltotyypille ominaisella tavalla. Runkoaallot leviävät puolipallon muodossa, kun taas Rayleighin aalto leviää väliaineen pinnalla sylinterimäisesti. (Richart 1970, p.91)

18 Kuva 2-6 Aaltojen eteneminen elastisessa puoliavaruudessa kun pinnalla pystysuora dynaaminen kuormitus (Möller et al. 2000) Miller ja Pursey (1955) (Richart 1970 p.92 mukaan) määrittivät energian kulkeutumisen jakautumisen p-, s-, ja R-aaltojen kesken kuvan 2-6 kaltaisessa tilanteessa. Heidän mukaansa 67% energiasta kulkeutuu Rayleighin aaltojen mukana. Vastaava luku leikkausaallolle oli 26% ja puristusaallolle 7%. Vuolion (1985) mukaan energia jakautuu eri aaltotyypeille siten, että p-aalto kuljettaa 5-20%, s-aalto 15-50% ja R-aalto 45-80% värähtelyn kokonaisenergiasta. Energian jakautuminen aaltotyyppien kesken riippuu kuitenkin kuormituksesta ja olosuhteista Tärinän vaimeneminen Tärinäaaltojen amplitudi pienenee kun etäisyys tärinälähteeseen kasvaa. Vaimenemiseen on kaksi pääasiallista syytä: geometrinen vaimeneminen ja materiaalivaimeneminen (Dowding 1996, p.41). Lisäksi Holmberg et al. (1984, p.25) esittää kolmanneksi vaimenemiseen vaikuttavaksi seikaksi aaltojen hajoamisen, eli dispersion, jolla hänen mukaansa tarkoitetaan p-aallon hajoamista muiksi aaltotyypeiksi. Toisaalta aallon dispersiolla tarkoitetaan myös sitä, että herätteen synnyttämä tärinäaalto jakautuu eri taajuuskomponentteihin joilla on eri aallonpituus, jolloin myös eri taajuuskomponenttien etenemissyvyys ja sitä kautta etenemisnopeus on erilainen. Tällöin aalto hajoaa, ja maksimiamplitudi pienenee. (van Staalduinen 1990, p.9, Hakulinen) Dispersion aiheuttamassa aallon hajoamisessa ei energiaa kuitenkaan katoa, vaan se jakaantuu

19 Geometrinen vaimennus Geometrinen vaimennus johtuu siitä, että tärinäenergia leviää laajenevalle alueelle aaltojen edetessä poispäin tärinälähteestä, jolloin aallon energiatiheys pienenee. Geomerinen vaimeneminen tapahtuu myös täysin elastisessa ja homogeenisessa väliaineessa (Kim & Lee, 2000). Eri aaltotyyppien leviämistapa vaikuttaa merkittävästi geometriavaimennuksen suuruuteen. Runkoaallot leviävät kolmiulotteisesti puolipallon muodossa, jolloin niiden geometrinen vaimennus on suurempi kuin vain väliaineen pinnassa etenevillä pinta-aalloilla. (Richart 1970, p.92) Geometrista vaimenemista voidaan kuvata kaavan 2.11 mukaisesti. R v v ( ) 1 n 2 = 1 (2.11) R2 v 2 = heilahdusnopeus etäisyydellä R 2 (mm/s) v 1 = heilahdusnopeus etäisyydellä R 1 (mm/s) n = geometrisen vaimenemisen kerroin Parametri n on kerroin geometriselle vaimenemiselle, ja se on riippuvainen aaltotyypistä, tärinälähteen sijainnista ja tärinälähteen muodosta. Runkoaaltojen amplitudi pienenee etäisyyden kasvaessa suhteessa 1/r 1, kun tärinälähde on pistemäinen, ja sijaitsee väliaineen sisällä. Rayleighin aalto vaimenee puolestaan suhteessa 1/r 0,5 tärinälähteen ollessa pistemäinen ja sijaitessa väliaineen pinnalla. Näin ollen useimmiten kaavassa 2.11 runkoaalloille annetaan kertoimen n arvoksi n=1 ja Rayleighin aalloille n=0,5. Taulukkoon 2-2 on koottu tärinän geometrinen vaimeneminen eri aaltotyypeille kun tärinälähteen muoto ja sijainti muuttuu. (Dowding 1996, pp.42-43) Geometrinen vaimeneminen on esitetty kuvassa Taulukko 2-2: Geometrisen vaimenemisen kerroin n runko ja pinta-aalloille tärinälähteen muodon ja sijainnin vaihdellessa. (Hall 2000, p.23) tärinälähde aaltotyyppi muoto sijainti n runkoaalto pinta-aalto pistemäinen ääretön viiva väliaineen pinnassa 2 väliaineen sisällä 1 väliaineen pinnassa 1 väliaineen sisällä 0,5 pistemäinen väliaineen pinnassa 0,5 ääretön viiva Materiaalivaimennus Vaikka tärinää tarkastellessa muodonmuutokset ovat pieniä, ei maamateriaali käyttäydy täysin elastisesti. Maamateriaalilla on jokin sisäinen vaimennus, ja maakerroksissa aaltoenergiaa muuttuu aallon edetessä lämmöksi materiaalin sisäisestä kitkasta ja

20 koheesiosta johtuen. Tästä johtuvaa tärinän amplitudin pienenemistä sanotaan materiaalivaimenemiseksi. (Viking et al. 2000a, p.295). Merkittävä materiaalivaimenemisen suuruuteen vaikuttava tekijä on maassa tietyllä hetkellä vaikuttava jännitys- ja muodonmuutostila. Leikkausmuodonmuutoksen ollessa alle 10-4 pidetään maan muodonmuutoksia yleensä elastisina, ja maan jännitysmuodonmuutoskäyttäytymistä lineaarisena, jolloin myös materiaalivaimennus on vähäistä. Tärinän maaperään aiheuttamat muodonmuutokset ovat yleensä alle 10-4 tärinälähteen välitöntä läheisyyttä lukuun ottamatta. Kun muodonmuutokset kasvavat suuruisiksi käyttäytyy maaperä elasto-plastisesti, jolloin syntyy pysyviä muodonmuutoksia, ja myös materiaalivaimennus kasvaa. Tätä suuremmilla muodonmuutostasoilla syntyy suuria muodonmuutoksia ilman että jännitystila muuttuu. Tälläisiä ovat esimerkiksi liukumat ja maan häiriintyminen. (Hall 2000, p.31-32) Paalun ja maan välisessä rajapinnassa siirtymät ovat suuria, mistä seuraa, että tärinän välittyminen paalusta maaperään rajoittuu suuren materiaalivaimennuksen vuoksi. Maassa vallitsevaa jännitys- ja muodonmuutostilaa voidaan tarkastella leikkausmoduulin G avulla. Leikkausmoduuli määritetään leikkausjännityksen ja sen aiheuttaman muodonmuutoksen osamääränä. Kuvassa 2-7 on esitetty leikkausmoduuli leikkausmuodonmuutoksen suhteen. Kuvaajan muoto vaihtelee materiaalista riippuen. Kuva 2-7: leikkausmoduuli leikkausmuodonmuutoksen suhteen. Kuvassa 2-8 on kuvattu maan jännitys-muodonmuutoskäyttäytymistä sen altistuessa sykliselle kuormitukselle. Jännitys-muodonmuutossykli on hystereesinen, mikä tarkoittaa, että syklin aikana kuluu energiaa. Tämä energiahäviö kuvaa materiaalivaimennusta. (Massarsch et al. 2002, p.61-62) Materiaalivaimennukseen häviävän energian määrä on silmukan pinta-ala (As). Varjostetun kolmion ala (Ak) on puolestaan teoreettinen ulkoinen työ joka kuluu maksimimuodonmuutoksen saavuttamiseen nollatilanteesta, kun materiaalivaimennusta ei oteta huomioon. Vaimennussuhde D määritetään silmukan ja kolmion pinta-alan avulla kaavalla (Vuola 1996, p.18)

21 1 A D * 4π A s = (2.12) k D = vaimennussuhde A s = Silmukan pinta-ala A s = Kolmion ala Kuva 2-8: Maan jännitys ja muodonmuutos syklisessä kuormituksessa. (Massarsch et al. 2002, p.62) Vaimennussuhde kasvaa leikkausmoduulin pienentyessä. Hardin & Drenevich (1972, p.677) ovat esittäneet yhteyden leikkausmoduulin G, ja vaimennussuhteen D välille. Heidän mukaansa vaimennussuhde D voidaan määrittää kaavalla Kyseinen riippuvuus on esitetty kuvassa 2-9. G D = Dmax (1 ) (2.13) G max D = vaimennussuhde D max = maksimi vaimennussuhde G = sekanttileikkausmoduuli (GPa) G max = maksimi leikkausmoduuli (GPa)

22 Kuva 2-9: Vaimennussuhteen riippuvuus leikkausmoduulista (Hardin & Drenevich mukaan) Yleisesti tärinän materiaalivaimennuksen arvioimiseen käytetään yhtälöä 2.14, jossa heilahdusnopeus v 2 määritetään heilahdusnopeuden vertailuarvon v 1, ja materiaalivaimenemisen perusteella. Materiaalivaimennusta kuvaava termi on tässä materiaalivaimennuskerroin α. v 2 = v e α ( R 1 R 2 ) 1 (2.14) v 2 = heilahdusnopeus etäisyydellä R 2 (mm/s) v 1 = heilahdusnopeus etäisyydellä R 1 (mm/s) α = materiaalivaimennuskerroin (m -1 ) Kirjallisuudessa on esitetty useita eri suureita joiden avulla materiaalivaimenemiselle on annettu jokin lukuarvo. Tyypillisesti näiden suureiden on oletettu olevan värähtelyn taajuudesta ja maan jännitys-muodonmuutostilasta riippumattomia. (Amick 1999, pp.2-3) Useimmiten materiaalivaimenemisen kertoimena on käytetty juuri suuretta α, jolle on kirjallisuudessa annettu erilaisia vakioarvoja eri maaperätyypeille. Lisäksi esimerkiksi Woods & Jedele ovat esittäneet mitattuihin tärinäarvoihin perustuvia taajuusriippuvaisia arvoja materiaalivaimennuskertoimelle. Kirjallisuudessa esiintyvät arvot ovat kuitenkin paikoin keskenään hyvin erisuuruisia, eikä niitä tämän vuoksi esitetä tässä. Materiaalivaimennuskertoimelle α on esitetty yhtälö (Athanasopoulos et al. 2000b p.280, Haupt 1986 Massarsch 1992, p.19 mukaan). Yhtälön mukaan materiaalivaimennuskerroin kasvaa lineaarisesti tärinän taajuuden ja vaimennussuhteen kasvaessa. Lisäksi se on kääntäen verrannollinen R-aaltojen etenemisnopeuteen, eli mitä tiiviimpi maa, sen suurempi aallonnopeus ja pienempi vaimenemiskerroin. Massarsch (2008, p.19) mukaan maaperän vaimennussuhteen D voidaan elastisille aalloille yleensä olettaa olevan 3-5%. Materiaalivaimennuksen riippuvuus taajuudesta ja aallonnopeudesta kaavan 2.15 perusteella on esitetty kuvassa

23 2πfD α = (2.15) v r v r = R-aaltojen etenemisnopeus (mm/s) D = vaimennussuhde f = tärinän taajuus (1/s, Hz) Kuva 2-10 Materiaalivaimennuskerroin α aallonnopeuden ja tärinän taajuuden funktiona (Massarsch 1992, p.19) Yleisesti ottaen voidaan kaavan 2.15 perusteella todeta, että pehmeillä materiaaleilla on suurempi materiaalivaimennus kuin kovilla materiaaleilla. Myös kirjallisuudessa esitetyt kokeellisiin tutkimuksiin perustuvat materiaalivaimennuskertoimen arvot ovat tämän suuntaisia. Hall 2000 (p.38) mukaan vaimennussuhde D on tavallisesti pienempi savilla kuin kitkamaalajeilla samalla muodonmuutostasolla, kun vaimennussuhteen oletetaan olevan taajuudesta ja amplitudin suuruudesta riippumaton. Tämä ei ole ristiriidassa sen kanssa, että pehmeissä maissa materiaalivaimennuskerroin on suurempi kuin tiiviissä maissa, koska materiaalivaimennuskertoimeen vaikuttavia tekijöitä on useita. Esimerkiksi muodonmuutostaso samalla kuormituksella on todellisuudessa tavallisesti suurempi savilla kuin kitkamaalajeilla. Junaliikenteen aiheuttaman tärinän yhteydessä on käytännössä havaittu, että tärinäongelmia esiintyy usein pehmeillä savikoilla. Tämän oletetaan johtuvan siitä, että saman kuormituksen aiheuttamat muodonmuutokset ovat pehmeällä savikolla suuremmat kuin kantavammassa maaperässä. Hakulisen mukaan toinen mahdollinen selittävä tekijä tärinäongelman esiintymiseen erityisesti pehmeiköllä on aallonpituuden vaikutus. Pehmeällä maalla, esimerkiksi savella on usein pieni aallonnopeus. Tästä seuraa, että myös aallonpituus on pieni, sillä λ=c/f. Kun aallonpituus on pieni, on myös aallon liikuttama massamäärä pienempi. Tästä voidaan periaatteellisella tasolla päätellä,

24 että seuraa suurempi heilahdusnopeus, sillä liike-energian kaavan mukaan E=0,5mv 2, jolloin massan ollessa pieni on nopeus suuri samalla energiamäärällä. Myös tärinän taajuus vaikuttaa materiaalivaimennuskertoimen suuruuteen. Korkeataajuinen tärinä vaimenee matalataajuista nopeammin. Tämä johtuu siitä, että aallonnopeuden pysyessä vakiona, korkeampitaajuisella tärinällä on lyhempi aallonpituus. Lyhyen aallonpituuden omaava aalto tekee useamman syklin kuin pidemmän aallonpituuden omaava matalataajuinen tärinä kulkiessaan saman matkan. Materiaalivaimeneminen on tärinäsyklien lukumäärän funktio, jolloin suuritaajuisella tärinällä on suurempi materiaalivaimennus etenemismatkaa kohden. Tärinän taajuus laskee etäisyyden kasvaessa juuri tästä syystä, kun korkeataajuiset komponentit vaimenevat matalataajuisia nopeammin. (Dowding 1996, p.43, 248) Vaimenemisen yhteisvaikutus Tärinäaaltojen vaimeneminen maaperässä muodostuu pääosin geometrisen ja materiaalivaimennuksen yhteisvaikutuksesta, joskin materiaalivaimennuksen osuus on pienillä muodonmuutoksilla selvästi geometristä vaimenemista pienempi. Geometrisen vaimennukselle ja materiaalivaimennukselle annetut vaimenemiskaavat voidaan yhdistää, jolloin saadaan Bornizin (1931, Woods 1997, p.7 mukaan) esittämä kaava tärinän vaimenemiselle: v 2 R = v1 ( R 1 2 ) n * e α ( R R ) 1 2 (2.16) Kokonaisvaimenemista voidaan lähestyä kaavan 2.16 pohjalta kolmella tavalla. Ensinnäkin vaimenemista voidaan tarkastella pelkästään geometrisen vaimenemisen pohjalta, ja jättää materiaalivaimennus kokonaan huomioimatta, jolloin palataan kaavan 2.11 tilanteeseen. Toisaalta voidaan huomioida molemmat vaimenemistavat ja käyttää kaavan 2.16 mukaista mallia kokonaisuudessaan, jolloin määritetään sekä kerron n geometriselle vaimenemiselle, että kerroin α materiaalivaimenemiselle. Kolmas tapa on niin sanottu pseudovaimeneminen, jossa materiaalivaimennus sisällytetään geometriavaimennukseen. Kaava pseudovaimenemiselle ilmaistaan usein muodossa: v m = kd (2.17) v = heilahdusnopeus etäisyydellä D (mm/s) k = olosuhderiippuvainen kerroin m = pseudovaimenemisen kerroin

25 Sekaannuksen välttämiseksi tässä työssä käytetään pseudovaimenemisen mukaista vaimenemisnopeutta ilmaisevalle kertoimelle symbolia m. Geometrisen vaimenemisen yhteydessä käytetään puolestaan symbolia n, joka määräytyy aaltotyypin ja tärinälähteen sijainnin perusteella. Kuvassa 2-11 on esitetty edellä mainitut vaimenemisen arviointitavat, ja niitä on verrattu kenttämittauksista saatuihin tuloksiin. Kuvasta voidaan havaita, että pelkkä geometrisen vaimenemisen huomioiminen aliarvioi vaimenemista, eikä sovi mitattuihin tärinäarvoihin pitkillä etäisyyksillä. Vaimenemisen yhteisvaikutus kaavan 2.16 mukaisesti sopii mitattuihin arvoihin parhaiten. Myös pseudovaimeneminen sopii mittausarvoihin tietyllä etäisyysvälillä, joskaan sen avulla ei voida kuvata laajan etäisyysvälin vaimenemista. Käytännössä pseudovaimeneminen on kuitenkin riittävän tarkka menetelmä tärinän vaimenemisen arvioimiseen kun kyseessä on paalutus, tai muu tärinälähde jonka vaikutusalue on suhteellisen pieni. Pitkillä etäisyyksillä pseudovaimeneminen ei kuvaa riittävällä tavalla materiaalivaimenemista. (Woods, 1997 pp.9-10, 54,57) Kuva 2-11 Tärinän vaimeneminen. 1) ainoastaan geometrinen vaimeneminen huomioitu, 2) kokonaisvaimeneminen kaavan 2.8 mukaisesti, 3) pseudovaimeneminen (Woods & Jedele, Dowding 1996, p.42 mukaan)

26 2.3. Maaperän ominaisuuksien vaikutus tärinään Maaperä koostuu maarakeista, ja huokosista jotka voivat olla veden tai ilman täyttämiä. Maan ominaisuudet riippuvat mm maarakeiden mineraalikoostumuksesta, koosta, muodosta ja huokoisuudesta, sekä rakeiden välisistä ja huokosvedessä vallitsevista jännityksistä. Tärkeimpiä parametreja maaperän tärinää tarkasteltaessa ovat edellä kappaleessa käsitellyt maan leikkausmoduuli G ja siihen liittyvä aallonnopeus maaperässä ja materiaalivaimennus, sekä maan tiheys ja poissonin luku. Pohjavedenpinnan korkeudella on myös merkitystä, sillä tärinäaalto kulkee eri tavalla veden täyttämissä huokosissa kuin kuivissa huokosissa. Lisäksi maan kerroksellisuus vaikuttaa aaltojen etenemiseen. (Massarsch et al. 2002, p.60) Maakerroksen ominaistaajuus Maakerrokset välittävät ja voimistavat tiettyjä taajuuksia muita paremmin. Taajuutta, jolla jokin kappale tai tässä tapauksessa maakerros värähtelee vapaassa värähtelyssä, sanotaan kappaleen ominaistaajuudeksi. Näin ollen, jos etenevän aallon dominoiva taajuus on sama, kuin maakerroksen ominaistaajuus, voimistuu värähtely. Tätä sanotaan resonanssitilanteeksi. (Massarsch 1992, p.20) Lisäksi tärinä välittyy maaperässä parhaiten maakerroksen ominaistaajuudella (Innogeo 2001 ja Hall 2000, Koivisto 2004, s.21 mukaan). Kirjallisuudessa on esitetty kaavoja, joilla maakerroksen ominaistaajuutta voidaan arvioida. Richart (1970, p. 231) esittää Bycroft:n (1956) osittain kokeellisen tutkimuksen pohjalta, että syklisellä kierrolla kuormitetun pilarin ominaistaajuus voidaan laskea kaavan 2.19 kaltaisella kaavalla. Woods (1997, p.16) mukaan tämän perusteella voidaan laskea maakerroksen ominaistaajuus kaavalla V f n = (2.19) 4H f n = kerroksen ominaistaajuus (1/s, Hz) V = P- tai S-aallon nopeus, riippuen kummasta on kyse (m/s) H = maakerroksen paksuus (m) Roesset on esittänyt likimääräisen kaavan (kaava 2.20) homogeenisen maakerroksen ominaistaajuuden ja sen moninkertojen arvioimiseksi (Hall 2001, p.29). Erona kaavaan 2.19 on ominaistaajuuden moninkertojen huomioiminen. f n ( 2n 1) vs = (2.20) 4H

27 f n = kerroksen ominaistaajuus (1/s, Hz) v s = leikkausaallon etenemisnopeus (m/s) n = kertaluku 1,2,3, H = maakerroksen paksuus (m) Maakerroksen ominaistaajuus kaavojen 2.19 ja 2.20 mukaan riippuu aallonnopeudesta ja kerroksen paksuudesta. Koska taajuus on aallonnopeuden ja aallonpituuden funktio (f=v/λ), on kerroksen ominaistaajuus yhteydessä aallonpituuteen. Kun maakerros värähtelee ominaistaajuudellaan, muodostuu resonanssitilanne. Tällöin kyseessä on seisova aaltoliike, ja aaltoon muodostuu solmukohtia. Amplitudin huippukohta on aallonpituuden neljäsosan kohdalla, josta voidaan päätellä edelleen, että resonanssitilanne maakerroksessa syntyy aallonpituuden ollessa neljä kertaa maakerroksen paksuinen. Tämä vastaa tilannetta jossa kertaluku n = 1. Samankaltainen tilanne syntyy myös silloin, kun maakerroksen paksuus, H on 3/4 λ, eli kertaluvun n ollessa 2, ja edelleen kertaluvun kasvaessa. Voimakkaimmillaan resonanssitilanne on kun kertaluku n = 1. Kuvassa 2-12 on havainnollistettu aallonpituuden vaikutusta kerroksen ominaistaajuuteen. Kuva 2-12 Aallonpituuden vaikutus maakerroksen ominaistaajuuteen (Hall 2000, s.30 pohjalta) Maan kerroksellisuuden ja pohjaveden vaikutus Aaltojen heijastuminen ja taittuminen Maaperä koostuu kerroksista, joilla voi olla keskenään hyvin erilaiset ominaisuudet. Lisäksi maakerrosten alla on kalliopinta, joka myös poikkeaa ominaisuuksiltaan

28 maakerroksista. Myös pohjavedenpinta muodostaa rajapinnan maaperään. Tämä maaperän kerroksellisuus vaikuttaa siinä eteneviin aaltoihin, ja saa aikaan aaltojen heijastumista ja taittumista, sekä hajoamista. Tästä johtuen tärinä saattaa jopa voimistua paikoitellen vaikka etäisyys tärinälähteeseen kasvaa. Kohdatessaan materiaalien välisiä rajapintoja, runkoaalto sekä heijastuu että taittuu. Kun p-aalto kohtaa rajapinnan, syntyy sekä p-aaltoja, että s-aallon tasoa vastaan kohtisuoraa komponenttia. s-aallosta puolestaan syntyy sekä p-, että s-aaltoja. Syntyneiden heijastus- ja taittoaaltojen amplitudi riippuu taittokulmasta, aallon nopeuksien suhteesta kyseisissä väliaineissa sekä väliaineiden tiheyksien suhteesta. Kuvassa 2-13 on esitetty runkoaaltojen periaatteellinen taittuminen ja heijastuminen rajapinnassa. (Richart et al. 1970, pp.93-96) Kuva 2-13 Runkoaaltojen heijastuminen ja taittuminen rajapinnassa. a) p-aalto, b) s- aallon rajapinnan tasoa vastaan kohtisuora komponentti, c) s-aallon rajapinnan tason suuntainen komponentti (Richart et al. 1970, p.94) Rayleighin aallon käyttäytyminen rajapinnassa on hieman monimutkaisempi ilmiö. R- aallon heijastumista ja taittumista on tutkittu rajapinnan sijaan nurkassa. Kohdatessaan nurkan (kuva 2-14) Rayleighin aalto heijastuu r-aaltojen lisäksi p- ja s-aalloiksi. Lisäksi se johtuu r-aaltona kulman yli. (Viktorov, 1958; debremaecker, 1958; Pilant et al., 1960, Richart 1970, p.99 mukaan) Tämän perusteella voidaan päätellä, että rajapinnassa R-aallosta syntyy R-, s- ja p-aaltoja, joiden keskinäinen suuruus riippuu siitä missä kulmassa aalto kohtaa rajapinnan, sekä väliaineiden ominaisuuksista. (Richart 1970, pp.98-99)

29 Kuva 2-14 R-aallon taittuminen ja heijastuminen nurkassa (Richart 1970, p-99) Pohjaveden vaikutus Aaltojen eteneminen kuivassa ja pohjaveden kyllästämässä maaperässä on erilaista. p- aallot etenevät myös vedessä, jolloin p-aallon nopeus pohjavedenpinnan alapuolella on lähellä aallonnopeutta vedessä, joka on taulukon 2-1 mukaisesti 1450 m/s. Vuola (1996, p.14) mukaan p-aallot voidaan veden kyllästämässä maassa jakaa veden ja raerungon välityksellä eteneviksi aalloiksi, joilla on eri aallonnopeus. Pohjavedenpinta muodostaa lisäksi rajapinnan, jossa aallot heijastuvat ja taittuvat Tärinän mittaaminen Tärinää mitataan yleensä partikkelin heilahdusnopeutena tai -kiihtyvyytenä ajan suhteen tietyissä pisteissä. Pohjarakennustöiden maaperään aiheuttaman tärinän suuruutta arvioidaan useimmiten partikkelin heilahdusnopeuden maksimiarvon (PPV, peak particle velocity) avulla. PPV ilmoitetaan yleensä yksikössä millimetriä sekunnissa (mm/s). Heilahdusnopeus sinänsä ei aiheuta vaurioita rakenteisiin tai häiritse ihmisiä, mutta sen on havaittu korreloivan rakennevaurioiden ja ihmisen häiriintymisen kanssa. Rakennevauriot aiheutuvat tärinän aiheuttamista siirtymistä, ja ihmisen häiriintyminen johtuu enemmänkin tärinän aikaansaamasta kiihtyvyydestä kuin nopeudesta (Rockhill et al. 2003, p.2). Tämän vuoksi mitatun tärinän taajuudella on suuri merkitys arvioitaessa tärinän haitallisuutta. Kaavojen mukaisesti tärinän aiheuttamat siirtymät riippuvat heilahdusnopeuden tai kiihtyvyyden lisäksi voimakkaasti taajuudesta. Tällöin sama heilahdusnopeuden tai heilahduskiihtyvyyden arvo on hyvin taajuusriippuvainen esimerkiksi rakennevaurioiden kannalta. Myös ihminen on herkistynyt tietylle tärinän taajuusalueelle

30 Kappaleessa esitetyllä sinimuotoisella värähtelijällä on vain yksi vapausaste, eli se voi liikkua vain yhteen suuntaan. Pistemäisellä kappaleella on todellisuudessa kuusi vapausastetta: pystysuunta ja kaksi toisiaan vastaan kohtisuorassa olevaa liikesuuntaa, sekä vastaavat kiertymäsuunnat. Jos halutaan hyvä kokonaiskuva pisteen värähtelystä, täytyy värähtelyä mitata kolmen liikesuunnan suhteen. (Dowding 1996, pp.19-20) Käytännössä mittaus tapahtuu kiihtyvyysantureiden tai heilahdusnopeutta mittaavien geofonien avulla. Jos anturi mittaa vain yhden akselin suuntaista heilahdusnopeutta tai kiihtyvyyttä, joudutaan mittauspisteessä käyttämään kolmea anturia kolmikomponenttista mittausta varten. Jotkut mittalaitteet ja anturit pystyvät mittaamaan kolmen komponentin suuntaista tärinää. Tässä työssä tärinän erisuuntaisia komponentteja on nimetty seuraavalla tavalla: Pystysuuntaista komponenttia on nimitetty pystykomponentiksi (vertical), paalusta säteen suuntaisesti poispäin osoittavaa vaakakomponenttia on nimitetty pitkittäiseksi komponentiksi tai säteittäiseksi komponentiksi (longitudial, radial) ja tätä suuntaa vasten kohtisuoraa vaakakomponenttia on puolestaan nimitetty poikittaiseksi komponentiksi (transverse). Useissa lähteissä vaakasuuntaisia komponentteja ei ole erotettu toisistaan, vaan on puhuttu ainoastaan vaakasuuntaisesta komponentista (horizontal). Heilahdusnopeuden maksimiarvon määritelmä vaihtelee hieman, mutta useimmiten se käsitetään yksittäisen heilahduskomponentin maksimiarvona, tai yksinkertaisesti pystykomponentin maksimiarvona. Parhaiten todellisuutta vastaa komponenttien vektorisumman maksimiarvo, joka ottaa huomioon tietyllä ajanhetkellä partikkelin kolmiulotteisen liikkeen. Toisinaan partikkelin liikkeelle ilmoitetaan maksimivektorisumma, joka tarkoittaa jokaisen komponentin maksimiarvoista koostuvaa vektorisummaa. Tämä liioittelee kuitenkin todellista tärinän suuruutta, koska eri komponenttien maksimit eivät todellisuudessa ole samanaikaisia. Käytäntö on osoittanut, että yksittäisen komponentin maksimiarvo saattaa olla 25% pienempi kuin todellinen vektorisumma, kun taas komponenttien maksimiarvojen vektorisumma voi olla jopa 50% todellista vektorisummaa suurempi. (Athanasopoulos & Pelekis, 2000a p.372, Dowding 1996, pp.35-37) Värähtelyn tunnuslukuja Tärinän haitallisuuden arvioimisen avuksi erilaisissa tilanteissa on määritetty tiettyjä tunnuslukuja. Tällaisia ovat mm värähtelyn huippuarvo, tehollisarvo, taajuuspainotus ja painotettu tehollisarvo. Tärinän huippuarvo määritetään värähtelysignaalin itseisarvoltaan suurimpana arvona. Tehollisarvo kuvaa mm. värähtelyn siirtämän energian määrää, ja se määritetään tietylle aikavälille T seuraavalla tavalla:

31 x RMS = 1 T T 0 2 x t( dt) (2.21) x RMS = heilahdussiirtymän tehollisarvo (mm) t = aika (s) T = tarkastelujakson pituus (s) Taajuuspainotuksessa eri taajuisia värähtelykomponentteja painotetaan sen mukaan, miten häiritseviä ne ovat ihmisille. Asumisviihtyvyyttä tarkasteltaessa tehdään tärinälle ensin taajuuspainotus, jonka jälkeen signaalista määritetään suurin tehollisarvo. Näin saadaan painotettu värähtelyn tehollisarvo. (VTT 2001 Koivisto 2004 s mukaan, VTT 2006, s.12-14) Tärinän tunnuslukuja on esitetty kuvassa Kuva 2-15 Värähtelyn tunnuslukuja: huippuarvo, tehollisarvo, taajuuspainotus ja painotettu tehollisarvo (VTT 2006, p.14) Yksittäiset isot tärinäpiikit eivät ole ihmisen häiriintymisen kannalta niin merkityksellisiä, kuin tärinän pitkäaikainen intensiteetti. Sen sijaan rakennusten ja koneiden altistumista tarkasteltaessa yksittäiset maksimiarvot ovat oleellisia. Siinä missä ihminen kärsii eniten jatkuvasta tärinästä, saattaa rakennuksen tai koneen vaurioitumiseen riittää lyhyt intensiivinen värähtely

32 3. PAALUTUKSESTA JA PONTITUKSESTA AIHEUTUVA TÄRINÄ Paalutuksesta ja pontituksesta aiheutuva tärinä on yhdistelmä erilaisista aaltotyypeistä, joita on todellisuudessa vaikea erottaa toisistaan. Käytännössä tarkasteltava tärinä on siis eri aaltotyyppien, ja niiden heijastusten ja taittumisien yhdessä vaikuttama maan liike. Tärinän suuruus, eteneminen ja vaimeneminen riippuvat maaperäominaisuuksien lisäksi tärinälähteestä ja sen ominaisuuksista ja sijainnista, jotka puolestaan vaikuttavat esimerkiksi syntyvän tärinän taajuuteen ja aaltotyyppeihin. Tässä kappaleessa on tarkoituksena selvittää eri pohjarakennusmenetelmien aiheuttaman tärinän luonnetta, ja siitä johtuvia mahdollisia erityispiirteitä Eri menetelmiä paalujen ja ponttien asentamiseksi Paaluja voidaan asentaa monilla erilaisilla menetelmillä. Asennusmenetelmän valinta riippuu asennettavasta paalutyypistä ja paalun koosta, sekä maaperäolosuhteista ja paalutusympäristöstä. Pääasiallisia paalun asennusmenetelmiä ovat erilaiset paalun lyömiseen perustuvat menetelmät, sekä poraamalla, puristamalla ja täryttämällä asentaminen. Paalutuksesta aiheutuva tärinä vaihtelee merkittävästi eri menetelmien välillä. Lyömällä asentaminen Lyöntipaalutuksessa käytettävät järkäleet voidaan jakaa mekaanisiin ja hydraulisiin järkäleisiin. Mekaaninen järkäle nostetaan vinssillä vaijerin varassa haluttuun korkeuteen ja pudotetaan paalun päässä olevaan iskutyynyyn joko vapaasti tai vaijerin kanssa. Pudotusjärkäleellä tyypillinen iskuluku on iskua minuutissa (0,5-1 Hz). Hydraulisen järkäleen tapauksessa nosto tapahtuu hydraulisella sylinterillä jonka jälkeen järkäle pudotetaan joko vapaasti (yksitoiminen) tai kiihdytettynä (kaksitoiminen). Hydraulisen järkäleen iskuluku vaihtelee tavallisesti välillä iskua/min (0,5-2,5 Hz). Käytettävien järkäleiden massa vaihtelee paalukoon ja maaperäolosuhteiden mukaan, Suomessa teräsbetonisten lyöntipaalujen asentamiseen käytetään yleensä 3-5t painoista järkälettä, mutta suurpaalujen asentamisen yhteydessä järkäleen paino vaihtelee 5-14t välillä (Riihimäki 2008, s.5,7). (RIL LPO-2005 s , RIL PPO- 2007, s.150) Edellä mainittujen lisäksi lyöntipaalutuslaitteiksi määritellään paineilma- ja hydraulivasarat. Paineilmavasarat ovat kaksitoimisia, pääasiassa pienpaalujen asentamiseen soveltuvia paalutuslaitteita. Paineilmavasaran iskuluku on

33 iskua/min (3-8 Hz) ja energa iskua kohden luokkaa Nm. Hydraulivasarat ovat alun perin kiven rikkomiseen suunniteltuja laitteita, joita on sittemmin alettu käyttää myös pienpaalujen asentamiseen. Myös hydraulivasaran iskumäntä on kiihdytetty. Hydraulivasaran iskuluku on tavallisesti iskua/min (7-15 Hz), ja energia iskua kohden Nm. (RIL PPO-2007, s ) Täryttämällä asentaminen Täryttimiä käytetään pääasiassa ponttien asentamiseen, mutta myös paaluja voidaan asentaa täryttämällä. Asennuslaitteen täry saadaan aikaan epäkeskisten massojen pyörimisliikkeen avulla, jolloin syntyy sinimuotoinen aaltoliike. Aaltoliikkeen taajuus on yleensä suurempi kuin 5Hz, joskin maan ja paalun välisen resonanssin välttämiseksi suositeltava asennustaajuus on yli 25Hz. Tärylaite kiinnitetään paalun päähän tai varteen, jolloin asennettava paalu saadaan täryliikkeeseen. Asentaminen perustuu ympäröivän maan häiriintymiseen, jolloin paalu tunkeutuu maaperään useimmiten pelkästään oman painonsa ja täryttimen painon avulla. (RIL PPO-2007, s.152) Poraamalla asentaminen Poraamalla asennettaessa käytetään poraamisen lisäksi paalun iskua tunkeutumisen edistämiseksi. Iskulaite voi olla päältälyövä, jolloin isku kohdistuu paalun sisällä olevaan poraustankoon josta isku johtuu paalun kärjessä olevaan maakenkään, tai uppovasara jolloin isku kohdistuu suoraan paalun kärkeen. Porapaalutksen iskulaitteen iskuntiheys vaihtelee pneumaattisella poravasaralla välillä iskua/min (26-57 Hz), ja hydraulisella poravasaralla välillä iskua/min (33-67 Hz). Poralaite voi olla keskinen tai epäkeskinen. (RIL PPO-2007, s.153,155) Puristamalla asentaminen Puristuspaalutusta on käytetty Suomessa pääasiassa korjauskohteissa, joissa ympäröiville rakenteille ei saa tulla vaurioita, ja joissa asennustila on ahdas. Asennuslaitteena on hydraulinen tunkki, jolloin vastapainona perustusten vahvistuskohteissa toimii usein vahvistettava rakennus. (RIL PPO-2007, s.157, Riihimäki 2008, s.11) Ulkomaisissa kohteissa puristamalla on asennettu myös pontteja silloin, kun sallittu tärinän taso on hyvin rajallinen. Asennuksessa tarvittava vastapaino saadaan jo asennetuista ponteista, mutta muutaman ensimmäisen asennettavan pontin kohdalla joudutaan käyttämään apuna betoniblokkeja tai muita painavia esineitä. Puristuspontituksessa pontin ja maan välistä kitkaa vähennetään liikuttamalla ponttia edestakaisin. Lisäksi ponttien välisiin liitoksiin voidaan laittaa kuumennettua bitumia kitkan vähentämiseksi. (Aabøe 2001, s.4)

34 3.2. Lyöntipaalutuksesta aiheutuva tärinä Tärinän syntyminen lyöntipaalutuksen yhteydessä Lyöntipaalutuksessa paalutuslaitteesta paaluun siirtyvä iskun energia kulkeutuu paalun vartta pitkin paalun kärkeen, jossa se saa aikaan paalun tunkeutumisen. Paalun tunkeutuminen tapahtuu, kun iskun aiheuttama alaspäin suuntautuva sykäys voittaa paalun hitausvoimat ja maaperän paalun tunkeutumista vastustavat voimat. Iskun energia ei kuitenkaan kokonaisuudessaan edesauta paalun tunkeutumista, osa siitä hukkuu jo paalutuskoneen ja paalun rajapinnassa. Osa energiasta muuttuu ympäröivän maan tärinäksi. (Woods 1997, p.11, Massarsch 1992, p.16) Seuraavassa tarkastellaan lähemmin maaperän tärinän syntymistä paalutuksen yhteydessä ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Yksinkertaisimmillaan voidaan todeta, että paalutuksen maaperään aiheuttama tärinä syntyy paalun vaippavastuksen ja paalun kärkivastuksen vaikutuksesta. Paalun vaipalla maaperään syntyy leikkausaaltoja paalun ja maan välisestä liikkeestä, tai ympäröivän maan elastisesta muodonmuutoksesta johtuen. Leikkausaallot etenevät sylinterimäisesti loivasti alaviistossa kulmassa, mutta käytännössä aaltorintaman voidaan olettaa etenevän sylinterimäisesti paalun varresta ulospäin. Paalun kärjessä puolestaan iskujen seurauksena syntyy p- ja s- aaltoja, jotka leviävät pallomaisena rintamana ympäristöön. R-aaltoja syntyy, kun p- ja s-aallot kohtaavat maanpinnan, jolloin osa niiden energiasta muuttuu R-aalloiksi, ja osa heijastuu takaisin p- ja s-aaltoina. (Woods 1997, p.12) Lyöntipaalutuksen aiheuttamien tärinäaaltojen periaatteellinen muodostuminen homogeenisessa maakerroksessa on esitetty kuvassa 3-1. Erilaiset maakerrostumat tekevät aaltojen etenemisen ja heijastumisen kuitenkin todellisuudessa monimutkaisemmaksi

35 Kuva 3-1: Paalutuksen aiheuttama tärinä, ja sen eteneminen (Woods 1997, p.12) Edellä esitettyjen lisäksi muun muassa Hiller & Hope (1998, p.225) ja Ramshaw et al (1998, p.115) mainitsevat yhtenä paalutustärinän syntylähteenä lähellä maan pintaa tapahtuvan paalun vaakasuuntaisen heilumisen. Ramshaw et al. mukaan tämä synnyttää maan pintaan pseudo-r-aaltoja. Lisäksi paalun vaakasuuntainen liike ja taipuminen voi saada aikaan p-aaltojen syntymisen paalun vaipalta maaperään. Massarsch (1992, p.18) mukaan paalun taipumisesta johtuvia aaltoja paalun vaipalla syntyy erityisesti silloin, kun kärkivastus suuri, eli maaperä on tiivistä paalun kärjen kohdalla. Hakulisen (1994, s.5) mukaan vaakasuuntaista liikettä paaluun aiheuttaa erityisesti paalun käyryys tai epäkeskinen lyönti. Lyönnin epäkeskisyyttä voi aiheuttaa huono iskutyyny tai paalun puutteellinen ohjaus asennuksen aikana. Myös maaperän ominaisuuksilla on merkittävä vaikutus syntyvään tärinään. Lyötäessä paalua löyhään maahan, kuluu suurin osa energiasta maan muodonmuutoksiin ja paalun tunkeutumisen edistämiseen, eikä maaperän tärinään. Tiiviissä maassa tunkeutumisen ollessa pienempää, on kimmoisten muodonmuutosten osuus suurempi ja täten myös ympäristön tärinä lisääntyy. Lisäksi maan hitausvoimat vastustavat muutoksia, mikä aiheuttaa tärinää. Jos pudotusenergia on liian pieni, tunkeutumista ei tapahdu lainkaan, jolloin energia siirtyy ympäristöön tärinän muodossa. (Hakulinen 1994, s.5, Taipale 1990, s.9) Paalutuksen yhteydessä syntyvän tärinän laatu riippuu osaltaan myös asennuslaitteesta. Pudotusjärkäleen iskutaajuus on noin 0,5-1Hz, kun taas esimerkiksi hydrauli- ja paineilmavasaroiden taajuus saattaa olla 10Hz, jolloin myös aiheutuva tärinä on

36 erilaista. Iskumuotoisen tärinän kokonaistaajuus ei kuitenkaan vastaa lyöntilaitteen taajuutta. Korkeataajuisten asennusvasaroiden aiheuttama tärinä on suunnilleen samankaltaista kuin täryasennuksen yhteydessä syntyvä tärinä, kun taas matalataajuisen lyöntijärkäleen aiheuttama tärinä on iskumuotoista. Lyömällä asennettaessa aiheutuvan tärinän taajuussisältö on laajempi kuin täryttämällä asennettaessa. Myös iskun terävyys vaikuttaa syntyvän tärinän taajuussisältöön: Terävämpi isku, jota käytetään suuria teräsputkipaaluja asennettaessa, on taajuusjakaumaltaan laajempi kuin teräsbetonipaalujen yhteydessä käytettävä laakeampi isku. Lisäksi paalun ominaisuuksilla, kuten materiaalilla ja dimensioilla on vaikutusta syntyvään tärinään. Tärinälähteen sijainnin määrittäminen paalutuksessa on usein ongelmallista. Paalutuksessa tärinälähteen sijainti muuttuu paalutuksen edetessä, koska paalun kärjen syvyys muuttuu. Tämän lisäksi tärinän pääasiallinen lähde vaihtelee paalutuksen eri vaiheissa. Esimerkiksi kun paalua asennetaan tiiviiseen hiekkakerrostumaan jossa suurin osa vastuksesta muodostuu paalun vaipalle, syntyy pääasiassa sylinterimäisesti eteneviä leikkausaaltoja. Tällainen tilanne on erityisesti silloin, kun asennetaan paaluryhmää, joka aiheuttaa maaperän asteittaisen tiivistymisen. Sen sijaan esimerkiksi savikossa, jonka pinnalla on kuivakuorikerros, tärinää syntyy eri tavalla. Paalutuksen alussa kuivakuorikerrosta läpäistessä syntyy pinta-aaltoja. Kun paalutus on edennyt pehmeään savikerrokseen, vaimenee tärinä, koska vain vähän energiaa välittyy ympäristöön paalun ympärillä olevan häiriintyneen maakerroksen läpi. Lisäksi paalutusvastuksen pienentyminen vähentää aiheutuvaa tärinää. Kun paalun kärki saavuttaa tiiviin pohjan, pääosa vastuksesta on kärkivastusta, jolloin myös tärinä syntyy enimmäkseen paalun kärjessä. (Massarsch & Fellenius 2008, p.8) Myös pinta-aaltojen muodostumisetäisyys paalutuksen yhteydessä riippuu paalun tunkeutumissyvyydestä. Pinta-aaltoja muodostuu kun runkoaallot kohtaavat maanpinnan. Tällöin osa niiden energiasta heijastuu takaisin p-, ja s-aaltoina, mutta osa energiasta muuttuu R-aalloiksi. Dowdingin (1996, pp.223) mukaan tämä tapahtuu noin paalun tunkeutumissyvyyden etäisyydellä paalusta. Daemon et al (1983, Dowding 1996, p.44 mukaan) on esittänyt R-aaltojen syntyetäisyydelle P-, ja R-aaltojen etenemisnopeudesta, sekä tärinälähteen syvyydestä riippuvan kaavan 3.1. (kuva 3-2) E c d = R (3.1) 2 2 cp cr c R = R-aallon nopeus (m/s) P c = P-aallon nopeus (m/s) d = tärinälähteen syvyys (m)

37 Kuva 3-2: R-aaltojen syntyetäisyys tärinälähteeseen nähden (Daemon et al. 1983, Dowding 1996, p.44 mukaan) Massarsch & Fellenius (2008, p.18) ovat puolestaan esittäneet lähestulkoon saman asian hieman eri tavalla: p-aalloille määritetään ns kriittinen kulma, eli kohtaamiskulma pinnan kanssa, jossa R-aaltojen syntyminen tapahtuu. Kriittinen kulma riippuu s- ja p- aaltojen nopeudesta, ja se voidaan laskea kaavalla 3.2. Tämän perusteella voidaan arvioida myös kriittinen etäisyys jossa R-aaltoja syntyy paalun kärjen syvyyden muuttuessa (Kaava 3.3). cs Θ crit = arcsin( ) (3.2) c r P = tan Θ D (3.3) crit crit * Θ crit = kriittinen kulma = P-aaltojen kohtaamiskulma, jossa syntyy R-aaltoja (aste) c s = S-aallon nopeus (m/s) c P = P-aallon nopeus (m/s) r crit = kriittinen etäisyys (m) D = paalun kärjen syvyys (m) Kaavojen 3.1 ja 3.3 välinen ero on se, että kaavassa 3.1 käytetään R-aallon nopeutta siinä missä kaavassa 3.3 käytetään s-aallon nopeutta. Koska sekä s-aaltojen, että R- aaltojen nopeus on pienempi kuin puristusaalloilla, on molempien kaavojen mukainen R-aaltojen syntyetäisyys lähempänä kuin paalun tunkeutumisetäisyydellä paalusta Paalutustärinän arviointi empiirisin keinoin Paalutuksen aiheuttaman tärinän suuruuden arvioimiseksi on esitetty erilaisia menetelmiä. Melko yleisesti tärinän suuruutta arvioidaan empiirisesti asennusenergian

38 perusteella. Kuitenkin myös muilla tekijöillä, kuin asennusenergialla, on merkittävä vaikutus syntyvään tärinään ja sen suuruuteen (Massarsch 1992, p.16). Möller et al (2000, s.19) mukaan tärinään vaikuttavia tekijöitä ovat mm. lyöntijärkäleen paino ja muoto, sekä iskun nopeus, lyöntitaajuus, ympäröivän maan ominaisuudet, paalun halkaisija, paalun suoruus ja lyönnin keskeisyys. Lisäksi maaperän ominaisuuksilla on suuri merkitys syntyvän tärinän kannalta. Lyöntipaalutusohjeessa (RIL LPO-2005, s.75) on annettu likimääräinen, alun perin Attewell:n & Farmer:n (1973) esittämä kaava paalutuksen aiheuttaman tärinän suuruuden ja vaimenemisen alustavaa arviointia varten (kaava 3.4). Kaavassa kerroin k sisältää tärinän vaihteluun liittyvän, olosuhteista ja kalustosta riippuvan epävarmuuden. Jos tarkasteltavalla alueella ei ole tehty tarkempia tutkimuksia käytetään kertoimen k arvona lukua 1,5, joka kuitenkin on tavallisesti selvästi todellista arvoa suurempi. (RIL LPO-2005, s.75) W v max = k (3.4) r v max = suurin pystysuora heilahdusnopeus (mm/s) k = kerroin (m 2 /sj 0,5 ) W = lyöntienergia/lyönti (Nm) r = etäisyys paalusta mittauspisteeseen (m) Massarsch & Fellenius (2008, p.5) mukaan kaava 3.4 on alun perin kehitetty räjäytystärinän arvioimiseen, eikä sovellu kovin hyvin paalutustärinän arviointiin. Kaava ei ota varsinaisesti huomioon esimerkiksi paalun ja maaperän ominaisuuksia, energian siirtymistä paaluun tai tärinälähteen sijainnin muuttumista paalutuksen edetessä, joskin näiden tekijöiden voidaan olettaa sisältyvän kertoimeen k. Kaavaa 3.4 käytetään joka tapauksessa yleisesti tärinän suuruuden arviointiin. Kaavan käytön kannalta ongelmallista on k-arvon määrittäminen. Heckman & Hagerty (1978) tutkivat paalutuksen aiheuttamaa tärinää, ja vertasivat mittaustuloksia kaavaan 3.4. He havaitsivat, että asennusenergian välittyminen paalun läpi riippuu paalun ominaisuuksista, ja että syntyvään tärinään voidaan vaikuttaa muuttamalla paalun dimensioita tai ominaisuuksia. Kaavan 3.4 kannalta tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että kerroin k on riippuvainen paalun impedanssista. Paalun impedanssi kuvaa paalun kykyä välittää paalun pitkittäissuuntaista dynaamista voimaa ja se voidaan määrittää kaavalla 3.5 (Massarsch 2008, p.5). Havaittu mittaustulosten ja paalun impedanssin välinen yhteys on esitetty kuvassa 3-3. (Heckman & Hagerty 1978, p )

39 EA Z = = Ac p ρ (3.5) c p Z = Paalun impedanssi (Ns/m) E = Paalun kimmomoduuli (Pa) A = Paalun poikkileikkausala (m 2 ) c p = Jännitysaallon nopeus paalussa (m/s) ρ = Paalun materiaalin tiheys (kg/m 3 ) Kuva 3-3: Paalun impedanssin vaikutus kaavassa 3.4 esiintyvään kertoimeen k. (Massarsch 2008, p.15, muokattu Heckman & Hagerty 1978, p.392 pohjalta) Myös muissa lähteissä on esitetty arvioita paalun impedanssin vaikutuksesta maaperän tärinään siten, että paalun suurempi impedanssi vähentää aiheutuvaa tärinää. Esimerkiksi Woods (1997, p.12) esittää, että paalun impedanssilla olisi suurempi vaikutus syntyvään tärinään kuin maaperäolosuhteilla. Dowding (1996, pp ) arvioi puolestaan hieman maltillisemmin, että paalutuksen aiheuttama tärinä saattaa osittain riippua paalun impedanssista siten, että paalun suurempi impedanssi vähentää paalutuksen aiheuttamaa tärinää. Aihetta ei ole Dowdingin mukaan kuitenkaan tutkittu riittävästi, jotta siitä voitaisiin vetää pitäviä johtopäätöksiä. Kuitenkin käsitys siitä, että paalutuksen yhteydessä syntyvä tärinä korreloisi suoraan paalutusvastukseen, eli lyöntien määrään paalun tunkeutumaa kohden, on hänen mukaansa väärä. Myös Hakulinen (1994 s.4) on ottanut kantaa paalun impedanssin vaikutukseen. Hänen mukaan paalun impedanssin vaikutus syntyvään tärinään ei ole niin yksioikoinen ilmiö, ja huomiota olisi kiinnitettävä lisäksi muun muassa ympäröivän maan impedanssiin, eli maaperän kykyyn vastaanottaa energiaa

40 Myös kaavan 2.16 avulla on mahdollista arvioida syntyvää tärinää. Ongelmaksi muodostuu kuitenkin tärinän vertailuarvon v 1 määrittäminen. Tämän vuoksi tärinän arviointi kaavan 2.16 avulla tulee kysymykseen lähinnä silloin kun alueella on tehty koepaalutus, jonka avulla voidaan määrittää vertailuarvo v 1, materiaalivaimennuskerroin α. sekä Massarsch (1992, p ) on tarkastellut CPT-kairauksesta saadun kairausvastuksen yhteyttä paalutusparametreihin (dynaaminen ja staattinen paaluvastus sekä paalun energia), ja edelleen paalutuksesta syntyvään tärinään. Hän esittää alustavaa arviointia varten menetelmän, jolla kaavaan 2.16 tarvittava tärinän vertailuarvo v 1 voidaan määrittää CPT-kairauksen tuloksien avulla. Kyseisessä tutkimuksessa heilahduskiihtyvyyden havaittiin korreloivan paalutusparametreihin, erityisesti staattiseen ja dynaamiseen vastukseen, paremmin kuin heilahdusnopeuden. Näin ollen paalutustärinän arviointia varten muodostettiin yhteys heilahduskiihtyvyyden vertailuarvon ja dynaamisen paalutusvastuksen välille vakiokertoimen avulla. Tämän jälkeen tarkasteltiin dynaamisen paalutusvastuksen ja CPT-kairauksesta saatavan kärkivastuksen välistä yhteyttä. Yllättäen näiden välinen korrelaatio havaittiin melko heikoksi, mutta korjauskertoimen avulla sitä voitiin parantaa. Lopulta voitiin määrittää suora yhteys kärkivastuksen ja heilahduskiihtyvyyden välille. CPT-kairauksen perusteella määritetty tärinän heilahduskiihtyvyyden vertailuarvo sijoitettiin kaavaan 2.16, josta saatua tulosta verrattiin koepaalutuksen avulla määritetyn vertailuarvon antamaan tulokseen. Saadut tärinäarvot poikkesivat toisistaan melko paljon. (Massarsch 1992, p ) Tärinän teoreettinen synty ja leviäminen paalutuksen yhteydessä, sekä tärinän arviointi tämän mukaisesti Massarsch & Fellenius (2008) ovat analysoineet lyöntipaalutuksen yhteydessä syntyvää tärinää, ja esittävät tunnettuihin tärinän syntymekanismeihin perustuvan tavan arvioida paalutustärinää. Aiemmista empiirisiin tarkasteluihin perustuvista lähestymistavoista poiketen tässä tärinän arviointi on yritetty perustaa mahdollisimman paljon tärinän todelliseen synty ja leviämistapaan, välttäen tarpeetonta asian yksinkertaistamista. Tärinän syntyyn ja leviämiseen liittyviä teorioita tarkastellaan seuraavassa lähemmin, ja samalla esitetään joitain pääpiirteitä Massarsch & Fellenius (2008) tarjoamista työkaluista lyöntipaalutustärinän arviointiin. Iskuaalto paalussa Lyöntilaitteesta paaluun välittyvä isku saa aikaan paalun pituussuunnassa etenevän puristusaallon, jolloin paaluun siis syntyy elastisia muodonmuutoksia ja jännityksiä. Tätä ilmiötä voidaan tarkastella jännitysaalto-teorian (mm. Smith 1960) mukaisesti

41 Jännitysaalto aiheuttaa paaluun tietyn voiman, sekä partikkelinnopeuden, jota voidaan pitää myös paalun ja maan välisenä suhteellisena nopeutena. Paalussa vaikuttava pituussuuntainen dynaaminen voima voidaan laskea paalun impedanssin ja paalun partikkelin nopeuden tulona. (kaava 3.6) Partikkelin nopeus paalussa riippuu muun muassa iskun loppunopeudesta, joka puolestaan on riippuvainen pudotuskorkeudesta. Lyöntijärkäleen massa sen sijaan ei vaikuta paaluun syntyvään partikkelin nopeuteen. Kun lyöntijärkäleen ja paalun impedanssit ovat yhtä suuria, saadaan partikkelin nopeudeksi paalussa puolet iskun loppunopeudesta. (Massarsch & Fellenius 2008, p.10) P P F i = Z v (3.6) F i = dynaaminen voima paalussa (N) P Z = paalun impedanssi (Ns/m) P v = partikkelin nopeus paalussa (paalun ja maan välinen suhteellinen nopeus) (m/s) Kun järkäle iskee paaluun, syntyy jännitysaalto paalun lisäksi samanaikaisesti myös järkäleeseen. Iskun kesto, eli aika jonka järkäle ja paalu ovat kontaktissa toisiinsa, riippuu järkäleen pituudesta ja sen materiaalin aallonnopeudesta. Iskun kesto vaikuttaa paaluun syntyvän jännitysaallon pituuteen, joka puolestaan määrittää pituuden paalussa, jolla tärinä leviää ympäristöön. Myös iskun kesto on näin ollen merkityksellinen ympäristöön leviävän tärinän kannalta. (Massarsch & Fellenius 2008, p.10-11) Massarsch & Fellenius eivät ota suoranaisesti kantaa iskutyynyn vaikutukseen paaluun välittyvään voimaan. Parola (1970, Dowding 1996, p mukaan) on tutkinut energian välittymistä lyöntilaitteesta paaluun. Hän havaitsi, iskutyynyn ominaisuuksien olevan merkittävä tekijä iskun energian välittymisen kannalta. Iskutyynyn materiaalin muuttamien puusta alumiiniksi lisää paaluun välittyvää voimaa. Kuvassa 3-4 on esitetty iskutyynyn vaikutus paaluun välittyvään voimaan

42 Kuva 3-4: Iskutyynyn materiaalin vaikutus paaluun välittyvään voimaan. Pystyakselilla voima paalussa, vaaka-akselilla paalun impedanssi. (Peck et al. 1976, Dowding 1997, p.238 mukaan, kuva U.S.-yksiköissä) Tärinän siirtyminen paalusta ympäröivään maahan Paaluvastus koostuu dynaamisesta ja staattisesta vastuksesta, joista dynaaminen vastus aiheuttaa tärinää ympäristöön. Bodare & Orrje (1988) ovat tutkineet dynaamista vastusta jäykän levyn ja maan välillä perustuen Herlitzin yhtälöön. Dynaamista ja staattista vastusta voidaan havainnollistaa seuraavasti: Kun maata kuormitetaan jäykän levyn avulla staattisella kuormalla, kasvaa maan staattinen vastus likimäärin lineaarisesti. Tällöin ei synny tärinää, koska kuormitus on hidas. Jos kuormituslevy sen sijaan pudotetaan maan pinnalle, tai sitä kuormitetaan syklisellä kuormalla, syntyy maahan staattisen vastuksen lisäksi dynaamista vastusta, ja maan kokonaisvastus on suurempi kuin staattisessa tapauksessa. Tällöin syntyy myös tärinää. Kuvassa 3-5 on havainnollistettu staattista ja dynaamista vastusta. Dynaaminen vastuksen suuruus riippuu pääasiassa kuormituksen nopeudesta, ja muodonmuutosriippuvaisesta maan impedanssista. (Massarsch 2002, p.3-4) Kuva 3-5: Maan staattinen ja dynaaminen vastus (Massarsch 2002, p.3)

43 Sylinterimäisten leikkausaaltojen lähde on dynaaminen vastus paalun vaipalla. Massarsch & Fellenius (2008, p.11) mukaan paalun vaipan dynaaminen vastus riippuu maan impedanssista, maan ja paalun välisen kontaktin pinta-alasta, ja paalun ja maan välisestä suhteellisesta nopeudesta, eli partikkelin nopeudesta paalussa (Kaava 3.7). Maan impedanssi riippuu maan aallonnopeudesta ja maan tiheydestä. Kontaktipinta-ala voidaan puolestaan olettaa olevan paalun pinta-ala jännitysaallon pituuden pituisella paalun osalla. P P R S = zsv S (3.7) R S = dynaaminen vastus paalun vaipalla (N) z s = maan impedanssi leikkausaalloille (Ns/m 3 ) P S = maan ja paalun välinen kontaktipinta-ala paalussa etenevän aallon pituisella alueella (m 2 ) Koska maan ja paalun välillä on suhteellinen liike, häiriintyy paalua ympäröivä maa paalun asentamisen yhteydessä. Paalun ja maan rajapinnassa syntyy isojen muodonmuutosten vuoksi vyöhyke, joka eristää merkittävissä määrin tärinän etenemistä ympäröivään maahan (Broers & Dieterman 1992, p.67). Toisin sanoen ympäröivän maan jäykkyys pienenee, jonka seurauksena myös aallonnopeus pienenee ja materiaalivaimennus kasvaa. Tämä on myös otettava huomioon paalun ja maan välistä vastusta arvioitaessa. Massarsch & Fellenius ovat ottaneet häiriintymisen ja maan pehmenemisen vaikutuksen huomioon korjauskertoimien avulla. (Massarsch & Fellenius 2008, p.11) Paalun kärjessä syntyvät pallomaisesti etenevät puristusaallot syntyvät dynaamisen kärkivastuksen vaikutuksesta. Dynaaminen kärkivastus voidaan Massarschin (2008, p.13) mukaan määrittää paalun ja maan välisen suhteellisen nopeuden, paalun impedanssin ja vaimennustekijän Jc tulona (Kaava 3.8). Tekijä Jc oletetaan tavallisesti ainoastaan maaperän ominaisuuksista riippuvaksi kertoimeksi. Iwanowski & Bodare (1988, Massarsch & Fellenius 2008, p.13 mukaan) ovat kuitenkin tutkimuksessaan havainneet vaimennustekijän Jc riippuvan maan ja paalun impedanssien suhteesta. (Massarsch & Fellenius 2008, p.13-14) P P R T = J cz v (3.8) R T = dynaaminen vastus paalun kärjessä (N) J c = vaimennuskerroin P Z = paalun impedanssi (Ns/m)

44 P v = partikkelin nopeus paalussa (m/s) Dynaaminen paalutusvastus on siis riippuvainen iskun loppunopeudesta ja maan impedanssista, sekä iskun kestosta. Energian siirtymistehokkuutta paalusta maahan voidaan Massarsch & Fellenius (2008) mukaan kuvata paalun dynaamisen vastuksen ja paalun pitkittäissuuntaisen voiman suhteella (Kaava 3.9). Paalun vastus ilmaisee maksimirajan, jota suurempana tärinä ei voi siirtyä ympäristöön. Paalun vaipalta välittyvää tärinää arvioitaessa merkittävimmiksi tekijöiksi muodostuu tällöin maan ja paalun impedanssien välinen suhde, sekä toisaalta paalun kontaktipinnan ala, eli jännitysaallon pituus paalussa, sekä paalun poikkileikkaus. Paalun kärjessä syntyvien p- aaltojen kannalta merkittävä tekijä on maan ja paalun impedanssien välinen suhde. (Massarsch & Fellenius 2008, p.12-14) R E = (3.9) F i E = tärinän siirtymistehokkuus paalusta maaperään R = dynaaminen vastus paalun vaipalla tai kärjessä (N) F i = voima paalussa (N) Arvio heilahdusnopeuden pystykomponentista ja tärinän vaimenemisesta voidaan tämän jälkeen määrittää kaavoilla, jotka rakenteeltaan muistuttavat kaavaa 3.4: energian neliö jaetaan etäisyydellä, ja kerrotaan tietyillä kertoimilla. Kuitenkin Massarschin & Felleniuksen esittämässä tavassa kaavan tekijät on määritetty perustellen, eikä ainoastaan empiirisin keinoin. (Massarsch & Fellenius 2008, p.19-20) Heilahdusnopeuden pystykomponentti määritetään erikseen paalun kärjessä syntyville pallomaisesti leviäville P-aalloille ja paalun vaipalla syntyville sylinterimäisesti eteneville S-aalloille. Paalun vaipalla syntyvien leikkausaaltojen pystysuoralle komponentille etäisyydellä r on esitetty laskentakaava 3.10, ja vastaavasti paalun kärjessä syntyville puristusaalloille kaava v c H F W0 = kc ES (3.10) r c H F W0 v Sv = k s Fv ET cosθ (3.11) r r v c = sylinterimäisesti etenevien aaltojen pystysuuntainen heilahdusnopeus- komponentti (mm/s) v Sv = pallomaisesti etenevien aaltojen pystysuuntainen heilahdusnopeus

45 komponentti (mm/s) k c = materiaalikerroin sylinterimäisesti eteneville aalloille ( m ) kg k s = materiaalikerroin pallomaisesti eteneville aalloille ( m 2 ) kg E S = tärinän siirtymistehokkuus paalun vaipalla F v = tärinän voimistumiskerroin E T = tärinän siirtymistehokkuus paalun kärjestä H F = vasaran tehokkuuskerroin W 0 = paaluvasaran potentiaalienergia (Nm) r r = etäisyys paalun kärjestä tarkastelupisteeseen (m) Θ = kulma jossa pallomainen aalto kohtaa maanpinnan (rad, aste) Kaavoissa kertoimina ovat materiaalikertoimet k c ja k s, tärinän siirtymistehokkuus E, ja p-aaltojen kohdalla myös tärinän pystysuora voimistumiskerroin F v. Materiaalikertoimet k c ja k s riippuvat mm tärinän aallonpituudesta ja maan tiheydestä. Voimistumiskerroin F v riippuu puolestaan aallon tulokulmasta ja poissonin luvusta, ja sen avulla pyritään huomioimaan aaltojen taittumista ja heijastumista maaperässä. Asennusenergia arvioidaan kertomalla vasaran potentiaalienergia tehokkuuskertoimella, ja etäisyys paaluun määräytyy aallon syntykohdan perusteella joko vaakasuorana etäisyytenä paalusta tai säteittäisenä etäisyytenä paalun kärjestä. R-aaltojen syntymisetäisyys arvioidaan kriittisen kulman avulla. Kriittisellä etäisyydellä R-aaltojen pystykomponentiin oletetaan olevan sama kuin P-aalloilla kyseisessä pisteessä, jonka jälkeen R-aaltojen eteneminen ja vaimeneminen arvioidaan kaavan 2.16 avulla. (Massarsch & Fellenius 2008, p.16-20) Massarsch & Fellenius (2008, p.22) mukaan paalutuksesta aiheutuvan tärinän eri komponenttien keskinäisen suuruuden perusteella voidaan päätellä, onko tärinä lähtöisin pääosin paalun kärjestä vai vaipalta. Tätä varten määritetään tärinän pystysuuntaisen ja pitkittäisen komponentin välinen kulma. Kärjestä peräisin olevien P-aaltojen aiheuttaman tärinän suuntakulma vastaa paalun kärjen ja mittauspisteen välistä suuntaa. Paalun vaipalla muodostuva tärinä aiheuttaa sen sijaan pystysuuntaista tärinää. Paalutuksen yhteydessä syntyvään tärinään vaikuttavia tekijöitä on siis useita tämän perusteella. Iskun pudotuskorkeus, ja siitä seuraava iskun nopeus, sekä iskuvasaran pituudesta riippuva iskun kesto vaikuttavat paaluun syntyvään iskuaaltoon, kuten myös paalun impedanssi. Myös maan ominaisuuksilla on merkittävä vaikutus. Maan impedanssin, eli käytännössä maan jäykkyyden ollessa suuri, välittyy suurempi osa tärinästä ympäristöön, kuin löyhässä maassa

46 Paalutustärinän arviointi numeerisin menetelmin Paalutustärinää voidaan mallintaa ATK-pohjaisilla mallinnusmenetelmillä. Näissä iskusta paaluun johtuvaa jännitysaaltoa, sen etenemistä, ja maaperään syntyvää tärinää, sekä sen leviämistä ja vaimenemista pyritään mallintamaan esimerkiksi elementtimenetelmällä. Mallinnuksen etuna empiirisiin menetelmiin verrattuna on se, että sen avulla voidaan jäljitellä tärinän teoreettista syntyä ja leviämistä. Kirjallisuudessa on useita esimerkkejä tärinän mallinnuksesta, kuten esimerkiksi Waarts & Bielefeld (1994), Ramshaw et al (1998), Broers & Dieterman (1992). Useissa lähteissä mallinnettuja arvoja on lisäksi verrattu mittaustuloksiin. Mallinnusmenetelmien avulla voidaan saada havainnollistettua ympäristön tärinää, ja voidaan mahdollisesti tehdä jonkinlaisia arvioita tärinän suuruudesta tietyillä ehdoilla. Menetelmien ongelmana on se, että varsinkaan maaperää ei kyetä mallintamaan riittävän hyvin tärinän yhteydessä (Massarsch 1992, p.160). Näin ollen mallinnuksen avulla saatu tulos ei aina vastaa todellista tilannetta riittävästi. Lisäksi käytännön ongelmaksi muodostuu kohdekohtaisten lähtötietojen määrittäminen Pontin täryasennuksen aiheuttama tärinä Täryasennuksessa asennuslaitteen energia ei kulkeudu ponttia pitkin paalun kärkeen samalla tavalla kuin paalun kohdalla lyöntipaalutuksessa. Asennuksen yhteydessä (matalataajuisilla asennuslaitteilla, f<40hz) koko asennuslaitteen ja pontin muodostama systeemi liikkuu samassa vaiheessa. Bosscher (1998) ja Green & Nilsson (1999) (Viking et al. 2000b, s.304 mukaan) ovat kenttätutkimuksissa havainneet, että pontin yläosalla ja kärjellä on sama siirtymäamplitudi ja kiihtyvyys asennuksen aikana. Energiahäviö asennuslaitteen ja pontin välillä on minimaalinen verrattuna lyöntipaalutuksessa paalun ja iskulaitteen välillä tapahtuvaan energiahukkaan. Pontin jatkuva liike vähentää lisäksi pontin ja maan välistä kitkaa. (Viking et al. 200b, s.304, Massarsch 1992, p.16) Maaperän tärinä syntyy samaan tapaan kuin lyöntipaalutuksen yhteydessä, eli pontin kärkivastuksen ja vaippavastuksen johdosta. Kärkivastuksen osuus on pienempi vaippavastukseen nähden kuin umpikärkisillä paaluilla, koska pontin poikkileikkausala on pieni vaippapinta-alaan verrattuna. Pontteja asennettaessa kitkaa ja tärinää aiheutuu myös ponttien välisestä lukituksesta. Pontin päässä syntyy pallomaisesti eteneviä p- ja s-aaltoja, ja vaipalla pystysuuntaisia s-aaltoja. Ponttien täryasennuksen yhteydessä on havaittu, että pontin vaipalla syntyy lisäksi p-aaltoja. Tämän on oletettu johtuvan siitä, että tärylaitteen kiinnityskohta pontin päässä on ollut epäkeskeinen, jolloin on syntynyt myös poikittaissuuntaista liikettä. Kuvassa 3-6 on esitetty tärypontituksen ympäristöön aiheuttaman tärinän periaatekuva. (Viking et al. 2000a s.295, 2000b, s )

47 Kuva 3-6: Tärypontituksen aiheuttama tärinä maaperään (Viking et al. 2000a, s.296) Täryttämällä asennettaessa työmenetelmän energia tärysykliä kohden on yleensä pienempi kuin energia iskua kohden lyömällä asennettavissa paaluissa, jolloin voidaan tavallisesti olettaa, että myös aiheutuva tärinä on vähäisempää. Lisäksi pontin pieni poikkileikkausala helpottaa tunkeutumista ja näin ollen myös vähentää tärinää. Maaperän ominaisuuksien vaikutus syntyvään tärinään on kuitenkin merkittävämpi kuin lyömällä asennettavien paalujen kohdalla. Maaperän ominaisuudet vaikuttavat maan ominaistaajuuteen, joka puolestaan liittyy täryasennuksen yhteydessä mahdollisesti syntyviin resonanssitiloihin. Ympäristön tärinäongelmia syntyy lähinnä silloin, kun asennuslaitteen tärinän taajuus on sama kuin ympäröivän maan ominaistaajuus. Lyömällä asennettavien paalujen yhteydessä tämä on merkitykseltään vähäisempää, koska lyöntipaalutus ei aiheuta jatkuvaa tärinää, jolloin myöskään resonanssitilaa ei varsinaisesti kehity. (Woods, 1997, p.16) Täryn taajuudella on ratkaiseva merkitys asentamisen tehokkuuden ja ympäristön tärinähaittojen kannalta. Taajuus jolla asennuslaite ja asennettava pontti resonoivat

48 keskenään, on optimaalinen asentamisen kannalta, koska tällöin pontti saadaan mahdollisimman suureen liikkeeseen maahan nähden. Tällöin myös ympäristön tärinä pysyy kohtuullisena, ellei tämä resonanssitaajuus satu olemaan sama kuin maakerroksen, tai jonkin lähellä olevan kohteen ominaistaajuus. Toisessa mahdollisessa resonanssitilassa asennuslaitteen, pontin ja ympäröivän maan muodostava systeemi resonoi keskenään. Tällöin maa ja pontti liikkuvat samassa vaiheessa, eikä tunkeutumista näin ollen tapahdu. Myös maaperän tärinä kasvaa ja tärinän kulkeutuminen ympäristöön tehostuu. (Woods, 1997, p.16, Massarsch 1992, p.21-22) Viking (2002) on tutkinut ponttien asennettavuutta käsittelevässä väitöksessään myös asennuksenaikaista maaperän tärinää. Ponttien asennusta tutkittiin sekä yksittäin, että asennettaessa lukkoon viereisten ponttien kanssa. Maaperän tärinän kannalta mielenkiintoinen havainto oli, että ponttien välinen lukitus lisäsi tärinää yli kaksinkertaiseksi verrattuna yksittäiseksi asennettuun ponttiin. (Viking 2002, p.224) Ponttien asennettavuutta voidaan arvioida asentamisnopeuden perusteella. Aiemmissa tutkimuksissa (Rao (1993), TESPA (1995), Viking 2000, p.25 mukaan) on esitetty seuraavanlaisia arvioita raja-arvoiksi pontin asennettavuudelle. Tunkeutumisnopeuden ollessa alle 22mm/s (45s/m) luokitellaan asennusolosuhteet vaikeiksi. Kohtalaiseksi olosuhteet luokitellaan kun tunkeutumisnopeus on 22-60mm/s (45-17 s/m), ja helpoksi tunkeutumisnopeuden ollessa yli 60mm/s (17s/m). Tunkeutumisnopeutta alle 8mm/s (125s/m) voidaan lähteen mukaan pitää rajana pontin asennettavuudelle Paalutuksen ja pontituksen aiheuttamat painumat Paalujen ja ponttien asentaminen aiheuttaa ympäröivään maahan muodonmuutoksia. Löyhissä karkeissa maissa ja moreeneissa tapahtuu maan tiivistymistä, mikä saattaa johtaa rakenteiden kannalta haitallisten painumien muodostumiseen. Tiivistymistä tapahtuu erityisesti veden kyllästämissä kerroksissa. Suurin osa tiivistymisestä tapahtuu paalun kärjestä kaltevuudessa 2:1 1:1 piirretyn kartion sisäpuolella. Lyöntipaalutusohjeessa on esitetty yhteys puristinkairauksen kärkivastuksen ja maakerrosten painumien välille painumien alustavaa arvioimista varten. Myös Tiehallinnon ohjejulkaisussa on esitetty kuva tiivistymisen arvioimista varten (kuva 3-7). (RIL LPO-2005, s.74, Tiehallinto 2001, liite 7) Kuvassa 3-7 annetut puristinkairausvastuksen arvot vastaavat löyhää keskitiivistä maata. Karkea siltti on löyhää, kun puristinkairauksen kairausvastus on alle 7 MPa, ja keskitiivistä kairausvastuksen ollessa 7 15 MPa. Hiekka luokitellaan löyhäksi, kun kairausvastus on hienolla hiekalla alle 10 MPa, ja keskirakeisella hiekalla alle 6 MPa. Keskitiiviitä kyseiset maalajit ovat puolestaan kairausvastuksen ollessa hienolla hiekalla

49 10 20 MPa ja vastaavasti keskirakeisella hiekalla 6 14 MPa. (Tiehallinto 2001, Liite 5, s.10/29) Kuva 3-7: Tiivistymisen arviointi tärinän kiihtyvyyden ja puristinkairauksen perusteella (Pålkommissionen 1997, Tiehallinto 2001, liite 7, s.3/16, mukaan) Yleisesti oletetaan, että tärinän aiheuttama painuma on riippuvainen tärinän kiihtyvyydestä ja taajuudesta. Massarsch (2000) mukaan kiihtyvyyttä ja taajuutta tärkeämpiä tekijöitä ovat kuitenkin maan leikkausmuodonmuutostila, ja tärinäsyklien lukumäärä. Massarsch (2000, p.13) esittää laboratoriotutkimusten perusteella, että kun tärinän aiheuttaman leikkausmuodonmuutoksen suuruus on alle 0,001%, on painumien syntyminen epätodennäköistä, ja toisaalta tärinän aiheuttaman leikkausmuodonmuutoksen ollessa yli 0,1%, on riski painumien syntymiseen suuri. Kuvassa 3-8 on esitetty leikkausmuodonmuutos leikkausaallon nopeuden ja tärinän heilahdusnopeuden funktiona. Kuva 3-8: Painuman todennäköisyyden arvioiminen heilahdusnopeuden ja leikkausaallonnopeuden avulla. (Massarsch 2000, p.13)

50 Ponttien asentamisen yhteydessä mitatut painumat Kappaleessa 4 esitetään kirjaalisuudessa raportoituja tärinämittauksia. Muutamissa näistä oli tärinämittauksen ohella tutkittu myös syntyneitä maanpinnan painumia, ja tässä esitetään lyhyesti painumamittaukset kahden kappaleessa 4 esitettävän kohteen osalta. Toinen näistä on Clough & Chameau (1980) täryponttien asennusta käsittelevä raportti (tärinämittaukset esitetty kappaleessa ), ja toinen Aaboe & Braaten (2000, 2001) raportti jossa käsiteltiin ponttien asennusta lyömällä, täryttämällä ja puristamalla (tärinämittaukset esitetty kappaleessa 4.2.5). Clough & Chameau käsittelee raportissaan kahta erillistä aluetta. Molemmissa havaittiin selviä painumia mm viereisten katujen halkeamien perusteella, mutta vain toisessa kohteista, Embarcaderossa, tehtiin tarkemmat painumamittaukset. Embarcaderossa pontteja asennettiin alueille joita nimetään alueiksi E1 ja E2. Alueiden maaperän pintaosa koostuu täyttömaasta (E1 n.5m, E2 n.3m), ja sen alla olevasta hiekkakerroksesta. Hiekkakerroksen paksuus kummassakin tapauksessa on noin 6m, E1 kohdalla kyseinen kerros on keskitiivis, ja E2 kohdalla löyhä. Tarkemmat tiedot kohteesta on kappaleessa Kuvassa 3-9 on esitetty saadut painumamittausten tulokset. Kuva 3-9: Tärypontituksen aiheuttamat painumat kohteissa E1 ja E2 (Clough & Chameau, 1980, p.1093) Painumat olivat suurempia kohteessa E2, mikä oli odotettavissa löyhemmän hiekkakerroksen vuoksi. Suurimmillaan painuma oli noin 12cm suuruinen mertin etäisyydellä pontista. Mitattu tärinätaso kohteessa oli pääpiirteittäin seuraavanlainen: 2m etäisyydellä heilahduskiihtyvyys oli maksimissaan noin 0,45g ja 12 m etäisyydellä noin 0,03g. Kaavan 2.7 perusteella voidaan arvioida, että vastaavat heilahdusnopeuden arvot ovat 2m etäisyydellä noin 41 mm/s ja 12m etäisyydellä noin 3mm/s, kun taajuudeksi oletetaan 17 Hz. Mitattu painuma 2m etäisyydellä pontista oli noin 2cm kohteessa E1 ja noin 6cm kohteessa E2. Jos kokoonpuristuvaksi kerrokseksi oletetaan täyttökerroksen alla oleva hiekkakerros, ovat mitatut painumat 0,3% ja 1% suuruisia

51 Kun mitattu tärinä on kuitenkin varsin suurta, eivät saadut tulokset ole kovin yhteneviä kuvassa 3-7 esitetyn kanssa. Kuva 3-8 on ainakin suunnilleen mittaustulosten mukainen, joskaan painumien suuruuteen ei siinä oteta kantaa. Aabøe & Braaten (2000) ja Aabøe (2001) raportoimassa mittauksessa (esitetty tarkammin kappaleessa ) asennettiin pontteja eri menetelmillä kolmelle eri alueelle, alueet on nimetty alueiksi A, B ja C. Vaikeimmin läpäistäviä oli alueen B maakerrokset, ja ainoastaan kyseisellä alueella havaittiin merkityksellisiä painumia. Alueen B maaperä koostui 25m syvyyteen saakka lähes kokonaan hiekkakerroksista, 7-8m syvyydellä oli kerros soraa ja kiviä. Kuvassa 3-10 on esitetty alueella mitatut painumat, kun pontin asennusmenetelminä oli puristaminen, lyönti ja täryttäminen. Kuva 3-10: Ponttien asennuksen aiheuttamat painumat, kun asennusmenetelmänä on puristaminen, lyönti ja täry (Aabøe, 2001 p.5) Selvästi suurimmat painumat aiheutuivat täryasentamisen yhteydessä, tosin tämä saattaa osittain johtua siitä, että täryttäminen kesti pitkään pienen painumanopeuden vuoksi. Painumat rajoittuivat noin 5-6 m etäisyydelle asennetusta pontista, ja suurimmillaan painuma oli noin 15 cm noin 1,3m etäisyydellä pontista. Kerrospaksuuden ollessa 25m, vastaa tämä noin 0,6% painumaa. Alueella mitatut tärinäarvot olivat täryasennuksen yhteydessä suurimmillaan 11mm/s. Tärinän taajuudesta ei ole tietoa, mutta jos taajuudeksi oletetaan esimerkiksi 30 Hz, vastaa 11mm/s heilahdusnopeus kaavan 2.7 perusteella heilahduskiihtyvyyttä 0,2g. Kuvan 3-7 mukaan arvioitu painuma tässä tilanteessa on kutakuinkin samaa suuruusluokkaa kuin mitatut painuma-arvot. myös kuvan 3-8 perusteella oli painumien syntyminen odotettavissa

52 4. TÄRINÄMITTAUKSIA KIRJALLISUUDESSA 4.1. Paalutus Paalujen asentaminen eri menetelmillä, Espoo ja Helsinki Hannu Taipale on diplomityössään (1990) raportoinut koepaalutuksen yhteydessä tehtyjä tärinämittauksia kahdessa kohteessa. Toinen kohteista sijaitsee Espoon Kilossa, ja toinen Ruoholahdessa Helsingissä. Espoo, Kilo Espoon kohteessa suunnitteilla oli paalujen lyöminen lähimmillään 5m etäisyydelle olemassa olevasta rakennuksesta, jolle oli tärinän raja-arvoksi asetettu 5mm/s. Maaperä alueella koostuu 1m paksuisesta sekalaisesta täyttökerroksesta joka oli paalutushetkellä jäässä 0,7 0,8m syvyydelle saakka. Tämän alla oli 1,5 2m paksuinen savikerros, ja edelleen 3 5,5m paksuinen silttiä, hiekkaa ja soraa sisältävä kerros, ennen tiivistä pohjakerrostumaa. Tärinää mitattiin heilahdusnopeutena viereisen rakennuksen perustuksista. 300 x 300 mm 2 kokoisia teräsbetonisia paaluja lyötiin kolmen paalun ryhmissä 16 17m ja 11 12m etäisyydelle rakenteesta. Paalut asennettiin 40 kn hydraulisella lyöntijärkäleellä, pudotuskorkeus oli 0,25m. (Taipale 1990 s.42-44) Suurimmat tärinäarvot mitattiin paalun läpäistessä jäätynyttä maakerrosta, ja toisaalta kun paalun kärki saavutti saven alapuolisen hiekka ja silttikerroksen. Tärinän pystykomponentti oli hallitseva. Kuvassa 4-1 on esitetty saadut tärinäarvot paalun tunkeutumissyvyyden suhteen kummallakin etäisyydellä yhdessä paalun lyöntivastuksen kanssa. (Taipale 1990 s.42-44) Saatujen tärinäarvojen perusteella pääteltiin, että teräsbetonisten lyöntipaalujen asentaminen 5m etäisyydellä rakennuksesta johtaisi määritettyä 5mm/s raja-arvoa suurempaan tärinään. Tämän vuoksi kokeiltiin asentaa halkaisijaltaan 170mm Gustavsberg-putkipaalua 6,8 8,8m etäisyydelle rakennuksesta. G-paalujen asennus tehtiin samalla kalustolla kuin TB-paalujen asennus käyttäen samaa pudotuskorkeutta 0,25m. G-paalujen asennuksenaikainen tärinä oli pienempää kuin TB-paaluilla, vaikka etäisyys mittapisteeseen oli pienempi. G-paalujen asennuksenaikainen tärinä on esitetty kuvassa 4-1. (Taipale 1990 s.44-45) Koska tärinää on mitattu rakenteesta eikä maaperästä, ei saatuja tärinäarvoja voida suoraan verrata maasta mitattuihin tärinäarvoihin

53 Kuva 4-1: Heilahdusnopeus ja lyöntivastus paalun syvyyden suhteen. Vasemmalla TBpaalu etäisyydellä 16m, keskellä TB-paalu etäisyydellä 11m, oikealla G- paalu etäisyydellä 7,6m. (Taipale 1990, liitteet 2,3, ja 4). Helsinki, Ruoholahti Helsingin kohteessa asennettiin neljää eri paalutyyppiä louheiselle täyttöalueelle. Paalut olivat teräsbetonipaalu 300 x 300mm 2, RR teräsputkipaalu ø 184,5 x 11,5 mm 2, Frankipaalu ja Vibrex paalu. Maaperä koostuu pinnan korkeintaan 7m paksusta tiivistämättömästä louhe ja hiekkatäytöstä, sen alapuolisesta noin 1,5m paksusta pehmeästä savi tai liejukerroksesta, ja noin 2,5m paksuisesta kallioon ulottuvasta pohjakerrostumasta. Maan pinnassa on pihan rakennekerrokset ja asfaltti. Tärinää mitattiin kaikkien paalujen osalta maan pinnasta kahdella etäisyydellä. (Taipale 1990, s ) TB-paalu asennettiin 40 kn vapaapudotusjärkäleellä, pudotuskorkeuden ollessa 0,25m. Paalua asennettaessa tehtiin esireikä pinnan rakennekerrosten ja louheisen täytön läpi teräspiikillä. Teräspiikin osalta pudotuskorkeus oli 1m. Suurimmat tärinät mitattiin teräspiikin kärjen ollessa noin 5 m syvyydellä. (Taipale 1990, s. 48) Kalliokärjellä varustettu RR-paalu asennettiin 20 kn järkäleellä. Pudotuskorkeus oli 1m, ja loppulyöntien aikana 0,3m. Suurimmat tärinäarvot mitattiin paalun läpäistessä pinnan rakennekerroksia. (Taipale 1990, s. 48) Franki-paalua lyötiin 35 kn järkäleellä pudotuskorkeuden ollessa lyöntien alussa 2m. Myös tässä tapauksessa suurimmat tärinäarvot saatiin paalun läpäistessä pinnan rakennekerroksia. (Taipale 1990, s. 48, 49)

54 Vibrex paalun putki asennettiin Delmag D 30 Diesel-juntalla, jonka asennusenergia vaihtelee lyöntivastuksesta riippuen välillä 55,4 113,7 knm. Suurimmat tärinäarvot mitattiin putken kärjen ollessa noin 2 2,5m syvyydellä maanpinnasta. (Taipale 1990, s. 49) Saadut tärinäarvot on esitetty kuvassa 4-2 kaikkien asennettujen paalutyyppien osalta. Heilahdusnopeus [mm/s] TB / teräspiikki RR Franki Vibrex putki Etäisyys [m] Kuva 4-2: Heilahdusnopeus etäisyyden suhteen eri paalutyypeille Helsingin kohteessa. (Taipale 1990, s.48, 49 ja liite 13 mukaisesti) Paalujen asentaminen eri menetelmillä, useita kohteita Dowding (1996) esittää tärinämittausten tuloksia kolmesta eri kohteesta, Bostonista, Phoenixista ja Chicagosta. Kohteissa on asennettu erityyppisiä paaluja sekä pontteja erilaisissa maaperäolosuhteissa. Franki-paalutus Bostonissa 1978, sekä paalutus erityisen tiiviissä maakerroksissa Phoenixissa 1984 Tatkon (1978, Dowding 1996, p.231 mukaan) alun perin suorittamassa tutkimuksessa Bostonin kaupunkialueella, asennettiin franki-paaluja. Maaperä alueella koostui pinnan 2,5m paksuisesta löyhästä täyttökerroksesta, sen alla olevasta 2,1m paksuisesta silttikerroksesta, sekä 2,7m paksuisesta tiiviistä soraisesta hiekkakerroksesta, johon paalujen tunkeutuminen ulotettiin. Tiedot alueen maaperäolosuhteista on esitetty taulukossa

55 Taulukko 4-1: Maakerrokset, ja niiden kairausvastus SPT-kairauksen perusteella Bostonin kohteessa. Taulukko muunnettu SI-yksikköihin Dowding 1996, s.231 pohjalta. Boston Syvyys [m] Maaperä SPT (iskua/0,5m) 0 2,5 löyhä täyttö 3, 10 2,5 4,6 siltti 2, 3 4,6 7,3 hiekka 13, 20, 21 Franki paalujen kohdalla lyöntienergia on usein selvästi suurempi, kuin tavallisessa lyöntipaalutuksessa. Tyypillinen lyöntienergia vaihtelee Dowding (1996, p.229) mukaan kj välillä. Franki-paaluissa voimaimpulssi kohdistuu suoraan paalun alaosaan, ja näin ollen se ei kulje paalun läpi samalla tavalla kuin tavallisessa lyöntipaalutuksessa. Franki-paaluissa muodostetaan anturan kaltainen levennysosa paalun alapäähän paalutuksen lopuksi vasaroimalla paalun tulppana lyönnin aikana käytetty materiaali ulos paalusta. Franki paalun asennusta, ja levennyksen muodostamista on havainnollistettu kuvassa 4-3. Kuva 4-3: Franki paalun asennus. Lyönti paalun alaosaan, ja tulpan vasarointi anturaksi. (RIL SPO-2001, p.12) Phoenixin kohteessa Linehan (1984, Dowding 1996, p.232 mukaan) tutki paalutuksen aiheuttamaa tärinää sementoituneissa, erityisen tiiviissä maakerroksissa. Maaperä koostui seuraavista kerroksista: savinen hiekka (0-1,5m), hiekkainen savi (1,5-4m), savinen hiekka (4-6m) ja hiekka ja sora (6-9m), kaikki kerrokset olivat poikkeuksellisen tiiviitä. Maakerrokset ja niiden kairausvastus SPT-kairauksen perusteella on esitetty taulukossa

56 Taulukko 4-2: Maakerrokset, ja niiden kairausvastus SPT-kairauksen perusteella Phoenixin kohteessa. Taulukko muunnettu SI-yksikköihin Dowding 1996, s.231 pohjalta. Phoenix Syvyys [m] Maaperä SPT (iskua/0,5m) 0...1,5 savinen hiekka 31, 39 1,5 4 hiekkainen savi 59, 34, savinen hiekka 85, 130, hiekka ja sora 2000, 250 Tutkittavina paalutyyppeinä oli H-paalu, putkipaalu, betonielementtipaalu, paikallavalettu betonipaalu, sekä pontti. Paalut asennettiin syvyydelle, jossa ne täyttivät tunkeutumisvaatimuksen yli 650 lnt/m. Paalujen lopullinen asennussyvyys vaihteli tällöin 3,6m ja 7,6m välillä. Paalut asennettiin MKT DE 70B diesel vasaralla, jonka lyöntienergia vaihteli kj välillä. Vasaran massa on kg, ja lyöntitaajuus iskua minuutissa (noin 0,7-0,8 Hz). Ponttien asennukseen käytettiin Foster 4030 täryvasaraa, jonka maksimienergia on 34 kj, ja tärytaajuus 0-23 Hz. (Dowding 1996, p.229, 232) Kuvassa 4-4 on esitetty tärinän vaimeneminen Phoenixin kohteessa, jossa H-paaluja asennettiin poikkeuksellisen tiiviiseen maaperään. Tärinä on ilmoitettu komponenteittain. Tässä tapauksessa säteittäinen, eli pitkittäinen vaakasuuntainen tärinä oli hallitsevassa asemassa kaikilla etäisyyksillä. Toinen vaakasuuntainen komponentti (säteittäistä suuntaa vastaan kohtisuora) oli puolestaan selvästi pienempi kuin pystysuuntainen komponentti. Paalukohtaiset erot asennusolosuhteissa aiheuttavat melko suurta hajontaa mitatuissa tärinäarvoissa. Ehjillä viivoilla on ilmoitettu tärinän keskiarvo, ja katkoviivoilla linja jonka alapuolelle jää 95% mitatuista tärinäarvoista. Kaiken kaikkiaan tärinä tässä kohteessa oli poikkeuksellisen voimakasta johtuen erityisen tiiviistä maaperästä. (Dowding p.233, 235)

57 Kuva 4-4:H-paalujen asentamisen aiheuttama tärinän heilahdusnopeus komponenteittain etäisyyden funktiona Phoenixin kohteessa. Vertical = pystysuuntainen komponentti, Radial = pitkittäinen vaakakomponentti, Transverse = poikittainen komponentti. (Dowding 1996, p.235) Kuvassa 4-5 Phoenixin kohteen paikalla valettavien betonipaalujen putkien asennuksenaikaista tärinää on verrattu Bostonin kohteen Franki-paalutukseen. Huomionarvoista on, että Franki-paalujen lyömiseen käytetty energia oli huomattavasti suurempi (kaksinkertainen) kuin putkien lyömisenergia, samoin Franki-paalun aiheuttama maan syrjäytyminen oli suurempaa. Kuitenkaan Franki-paalujen asentaminen ei aiheuttanut suurempaa tärinää. (Dowding p.236) Kuvassa 4-5 on vertailun vuoksi esitetty myös ponttien asentamisen aiheuttama tärinä Phoenixin kohteessa, kun asennusmenetelmänä on täryttäminen. Tärinätaso tällöin on selvästi alhaisempi. Tärinän väheneminen voi Dowding (1996, p. 236) mukaan johtua asennusmenetelmän lisäksi siitä, että ponttien poikkileikkausala on pieni, jolloin myös syrjäytyvän maan määrä on vähäinen. Pääasiallinen syy tärinän vähenemiseen havaittiin kuitenkin olevan juuri työmenetelmä, sillä myös pieniläpimittaisten H-paalujen asentaminen lyömällä Phoenixin kohteessa sai aikaan samansuuruista tärinää kuin putkien asentaminen. (Dowding p.233, )

58 Kuva 4-5: Tärinän heilahdusnopeus komponenteittain etäisyyden funktiona eri kohteissa eri paalutyypeillä. Phoenixin kohteesta putkien asentaminen lyömällä on esitetty katkoviivalla, ja ponttien asentaminen täryttämällä ehjällä viivalla. Ympyröillä on merkitty Bostonin kohteesta mitattua Franki-paalutuksen aiheuttamaa tärinää. V=pystykomponentti, R=pitkittäinen komponentti, T=poikittainen komponentti. (Dowding 1996, p.237) Ponttien ja H-paalujen asennus paineellisen kaasuputken läheisyyteen, Chicago 1988 Chicagon kohteessa (Linehan et al. 1991, Dowding 1996) H-paaluja ja pontteja asennettiin paineellisen, halkaisijaltaan noin 1m olevan kaasuputken välittömään läheisyyteen. Lähimmillään etäisyys kaasuputken ja asennettavan pontin välillä oli 0,75m ja vastaavasti H-paalun kohdalla (HP14x73) 1,5m. Kaasuputken pohjan syvyys maanpinnasta oli noin 3m. Maakerrokset alueella koostuivat pinnan turvekerroksesta (0-2,5m), sen alla olevasta löyhästä siltistä (2,5-4m), ja hiekasta (4-16m). Asennus tapahtui siten, että ensin asennettiin pontit niin, että ne muodostivat patokehikkoja. Tämän jälkeen asennettiin H-paalut näiden kehikkojen sisälle. Ponttien asennussyvyys oli 6m ja asennuksessa käytettiin Foster 4000 täryttäjää, jonka maksimienergia on noin 34 kj, ja tärytaajuus 0-23 Hz. (Tosin Linehan et al. mukaan täryvasaran nimellisenergia on 450 J (1991 p.304)). H-paaluilla asennussyvyys oli 15m ja asennuslaitteena dieselvasara (27-41 kj). Alueen maakerrokset, ja niiden kairausvastus SPT-kairauksen perusteella on esitetty taulukossa

59 Taulukko 4-3: Maakerrokset, ja niiden kairausvastus SPT-kairauksen perusteella Chicagon kohteessa. Taulukko muunnettu SI-yksikköihin Dowding 1996, s.231 pohjalta. Chicago Syvyys [m] Maaperä SPT (iskua/0,5m) 0 2,5 turve 0 2,5 4 pehmeä siltti? 4 16 hiekka 25, 62, 90 Tärinää mitattiin Chicagon kohteessa kolmen komponentin suuntaisesti sekä maan pinnasta putken yläpuolella, että putken päältä maan sisältä. Tärinämittari kiinnitettiin putkessa sen laelle. Kuvassa 4-6 on esitetty tehtyjen tärinämittausten tulokset siten, että maan pinnasta ja putkesta mitatut arvot ovat eriteltyinä. Lisäksi erikseen on esitetty ponttien asentaminen täryttämällä, sekä H-paalujen asentaminen lyömällä. Tärinän maksimiksi tässä on otettu suurimman yksittäisen komponentin arvo. (Dowding 1996, p.241, Linehan et al. 1991, p.307) Kuva 4-6: Paalujen ja ponttien asentamisen aiheuttama tärinä mitattuna kaasuputken päältä maan sisältä (buried) ja maan pinnasta (surface). Vasemmalla Ponttien asentaminen täryttämällä, ja oikealla H-paalujen asentaminen hydraulisella lyöntivasaralla. (Dowding 1996, p.321) Maan pinnalta mitatut heilahdusnopeuden arvot olivat huomattavasti putkesta mitattuja suurempia. Kuitenkin täryttimen käynnistys ja sammutusvaiheissa, kun täryn taajuus oli hetkellisesti putken ominaistaajuuden suuruinen, havaittiin myös putken laelta mitatun tärinän kasvavan. Putken arvioitiin sietävän mm/s suuruista tärinää, mutta konservatiiviseksi raja-arvoksi asetettiin 50 mm/s, mikä alittui selvästi. Tärinää suuremmaksi huolenaiheeksi muodostui lopulta ponttien ja paalujen asennuksen aiheuttamat maan pysyvät muodonmuutokset. (Dowding 1996, p.241, Linehan et al. 1991, p.307)

60 Tärinän taajuus Dowding (1996) esittämissä kolmessa tapauksessa paalutuksen aiheuttama hallitseva taajuus vaihteli välillä 4-50Hz, josta taajuusväli 20-30Hz oli tavallisin. Matalin taajuus, 4Hz, saatiin Bostonin tapauksessa, kun Franki-paalu läpäisi pinnan turvekerrosta. Korkeimmat, jopa 50Hz taajuudet havaittiin Phoenixin kohteessa, jossa maaperä oli poikkeuksellisen tiivistä. Kuitenkin myös tässä tapauksessa tärinän taajuus laski 20-30Hz tasolle etäisyyden tärinälähteeseen kasvaessa yli 60m:n. (Dowding 1996, p.241) Kuvassa 4-7 on esitetty Bostonin kohteen Franki-paalujen ja Washingtonissa asennettujen H-paalujen asentamisen aiheuttaman tärinän taajuusjakauma heilahdusnopeuden suhteen. Franki-paalujen kohdalla on huomioitu erilaiset olosuhteet ja paalutuksen eri vaiheet siten, että a-kohdassa paalu läpäisee pinnan turvekerrosta, ja mittauspisteen etäisyys on 6m paalusta. Kohdassa b saman paalun tärinän taajuutta on havainnoitu vaiheessa, jossa anturamaista levennysosaa lyödään ulos paalun saavutettua määräsyvyyden. Kohta c kuvaa franki-paalun asennusta hiekkaan, kun mittauspiste on 3,5m paalusta. Kohdassa d on kyseessä H-paalu jota asennetaan täyttökerrokseen, mittauspisteen ollessa 1,5m etäisyydellä paalusta. Kuva 4-7: Franki- ja H-paalutuksen aiheuttaman tärinän heilahdusnopeus-taajuus - kuvaaja eri tilanteissa. (Dowding p242) Kuvassa 4-8 on esitetty Phoenixin kohteen eri paalujen asennuksen aikana syntyneen tärinän heilahdusnopeus-taajuus kuvaajia. Taajuutta on tarkasteltu eri etäisyyksillä siten, että kuvasta voidaan havaita tärinän suuruuden pienenemisen lisäksi tärinän dominoivan taajuuden laskeminen, kun etäisyys tärinälähteeseen kasvaa. H-paaluja on kuvattu pisteviivalla, betonipaaluja katkoviivalla, ja paikallavalettujen betonipaalujen asennusputkia ehjällä viivalla. Lisäksi voidaan havaita, että tärinän taajuus on hyvin samankaltaista eri tarkastelluilla paalutyypeillä

61 Kuva 4-8: Heilahdusnopeus-taajuus kuvaaja Phoenixin kohteen paaluille eri etäisyyksillä. (Dowding 1996, p.243) Suuriläpimittaiset teräsputkipaalut, Pusan Kim & Lee (2000, p.118) ovat tarkastelleet kitkapaalun asennuksen aiheuttamaa tärinää siltatyömaalla Pusanissa. Tarkasteltava paalutyyppi on teräsputkipaalu jonka halkaisija on 0,6m. Asentamiseen käytettiin 7 t hydraulista vasaraa pudotuskorkeuden ollessa 0,8m. Maaperä koostuu pinnassa olevasta 15m paksuisesta soratäyttökerroksesta, jonka alla on keskitiivistä silttistä hiekkaa n. 4m, 15m savikerros, hiekkaa 5m ja rapautunutta maata, jonka alla rapautunut kallio noin syvyydellä 47m pinnasta. Maakerrokset ja niiden SPT-kairaustulokset on esitetty kuvassa 4-9. Tärinää paalutuksen yhteydessä mitattiin geofoneilla useilla eri etäisyyksillä ja syvyyksillä. Mittaus tapahtui paalun kärjen tunkeutumissyvyyden ollessa 16-28m. Pelkästään pystysuuntaista tärinää maan pinnasta mitattiin 7m, 26m ja 29m etäisyydellä paalusta. Lisäksi maahan tehtyihin reikiin 17m, ja 38m etäisyydelle oli asennettu kolmen komponentin suuntaista tärinää mittaavat geofonit. Näistä lähempi oli 15m syvyydellä, ja kauempi 6m syvyydellä maan pinnasta. Mittauspisteiden sijainti paalutuksen suhteen on esitetty tarkemmin kuvassa 4-9. (Kim & Lee 2000, p.118)

62 Kuva 4-9: Vasemmalla alueen maakerrokset ja niiden kairausvastus SPT-kairauksen perusteella. Oikealla mittauspisteiden sijainti paalutuksen suhteen (Kim & Lee, 2000, p.119) Mittauksessa havaittiin, että PPV pienenee paalutussyvyyden kasvaessa, vaihdellen 7m etäisyydellä maan pinnassa välillä 1,5-5 mm/s. Havaittiin myös, että 17m etäisyydellä paalusta tärinä maan pinnalla ja 15m syvyydessä oli lähestulkoon samansuuruista. Kuvasta 4-10 voidaan havaita, että suurin osa energiasta välittyy pystysuuntaisena värähtelynä, ja että hallitseva taajuus muissa paitsi poikittaisessa komponentissa on noin 10Hz. (Kim & Lee 2000, pp. 118) Kuva komponenttinen partikkelin nopeus-aika kuvaaja (vasemmalla) ja taajuusspektri (oikealla) kitkapaalun asentamisen aiheuttamalle tärinälle, kun paalun kärki on syvyydellä 17m. Mittauspisteen horisontaalinen etäisyys paalusta on 17m, ja mittauspisteen syvyys on 15m. Ylimpänä poikittainen komponentti, keskellä pitkittäinen komponentti ja alimpana pystykomponentti. (Kim & Lee 2000, s.119) Yleisesti otaksutaan, että paalutuksen ympäristöön aiheuttama tärinä koostuu p-, s- ja R- aalloista. p-aallot syntyvät pääasiassa paalun kärkiosassa, josta ne leviävät pallomaisesti. Paalun vaipan ja ympäröivän maan välinen kitka synnyttää pystysuuntaisia s-aaltoja (sv-aaltoja), joiden oletetaan etenevän sylinterin muodossa paalusta ulospäin. Kim & Lee mukaan paalutustärinän etenemistä tarkasteltaessa voidaan kitkapaalun asentamisen aiheuttamaa tärinää pitää pystysuuntaisena

63 leikkausaaltona joka leviää ympäristöön sylinterimäisesti. (Kim & Lee 2000, pp ) Kim & Lee ovat tutkineet myös tärinän vaimenemista sovittamalla mittaustuloksia kokonaisvaimenemisen kaavaan (kaava 2.16). Tärinän vaimeneminen on esitetty kuvassa Geometristä vaimenemista on kuvattu kun n=1, jolloin tärinälähteen, jossa syntyy runkoaaltoja, oletetaan olevan pistemäinen ja sijaitsevan maan pinnan alapuolella. Kun huomioidaan myös materiaalivaimeneminen, saadaan materiaalivaimennuskertoimen arvoksi α=0,026 potenssin n ollessa 1. Lisäksi on piirretty käyrä arvolla n=2 ilman materiaalivaimenemista, mikä kuvaa syntynyttä tärinää hyvin. Kuva 4-11: Paalutuksen aiheuttaman tärinän vaimeneminen etäisyyden suhteen. (Kim & Lee 2000, p.125) Betoniset lyöntipaalut, Taiwan Hwang et al. (2001) ovat tutkineet paalujen asentamisen aiheuttamia vaikutuksia maaperään laajemmin. Heidän tutkimuksessaan on maaperän tärinän lisäksi seurattu dynaamista huokosvedenpaineen vaihtelua, sekä maaperän ja maanpinnan muodonmuutoksia paalutuksen aikana. Tässä keskitytään kuitenkin vain tehtyihin tärinämittauksiin. Tutkittava paalutyyppi on betoninen lyöntipaalu, ja tutkimus on toteutettu Taiwanissa suurnopeus-radan rakentamisen yhteydessä. Tutkimusalue sijaitsee Chiayi Countryssä, Etelä-Taiwanissa alluviaalitasangolla. Maaperä alueella koostuu savi ja hiekkakerroksista. Pinnassa on 3m savea jossa on orgaanista materiaalia, tämän alla silttistä hiekkaa 5m, jonka alla pehmeää savea 4m kerros. Savikerroksen alla on 9m paksuinen keskitiivis hiekkakerros, 9m savea jossa ohuita hiekkakerroksia, sekä 8m kesktiivistä tiivistä hiekkaa. Pohjavedenpinta on metrin syvyydellä maan pinnasta. Kuvassa 4-12 on esitetty CPT-kairauksella saatu

64 kärkivastus, SPT-kairauksella saatu kairausvastus sekä geofysikaalisin keinoin tutkittu leikkausaallon nopeus eri syvyyksillä. (Hwang et al. 2001, p ) Kuva 4-12: Maakerrosten ominaisuuksia: Vasemmalla kärkivastus [MPa], keskellä kairausvastus,, oikealla leikkausaallon nopeus [m/s] (Hwang et al. 2001, p.940) Lisäksi maakerrosten materiaaleille tehtiin erinäisiä laboratoriomäärityksiä. Kuvassa 4-13 on esitetty tilavuuspaino, suljettu leikkauslujuus, kitkakulma ja kimmomoduuli eri syvyyksillä. Kuva 4-13: Laboratoriossa määritettyjä mekaanisia ominaisuuksia maakerroksille. Vasemmalta tilavuuspaino [kn/m^3], suljettu leikkauslujuus [kpa], kitkakulma asteina ja kimmomoduuli [MPa] (Hwang et al. 2001, p.940) Asennettavat paalut olivat teräsvahvistettuja, profiililtaan onttoja, betonisia lyöntipaaluja joiden ulkohalkaisija oli 0,8m, ja sisähalkaisija 0,56m. Pituudeltaan paalut olivat 34m, ja ne koostuivat kahdesta 17m pituisesta paaluelementistä, jotka liitettiin

65 toisiinsa hitsaamalla. Asennukseen käytetty paalutuslaite oli Delmac D100 dieselvasara, jossa vasaran paino oli 100kN. Käytettyä pudotuskorkeutta ei tiedetä, mutta jos arvioidaan betonipaalulle käytettävän pudotuskorkeuden olevan noin 0,3m, saadaan asennusenergiaksi 30 kj. Paaluja asennettiin yhteensä 13 kappaletta, joista kolmen asentamisen aikana mitattiin tärinää. Paaluryhmä koostui 3 x 4 paalun riveistä, ja paalujen etäisyys toisiinsa keskipisteistä mitattuna oli kolme kertaa paalun halkaisija, eli 2,4m. (Hwang et al. 2001, p ) Tärinää mitattiin kahdeksalla heilahdusnopeusanturilla viidessä eri pisteessä. Kahdessa pisteessä mitattiin vaakasuuntaista, ja kolmessa sekä pystysuuntaista että vaakasuuntaista tärinää. Vaakasuuntaisen tärinän mittauspisteet olivat 5m, 25m, 50m, 75m, ja 100m, ja pystysuuntaisen puolestaan 5m, 50m ja 100m etäisyydellä ensimmäisestä asennettavasta paalusta. Kahteen muuhun paaluun nähden mittareiden sijainti poikkeaa tästä, mutta poikkeama on niin pieni, että sillä ei ole ratkaisevaa merkitystä tulosten kannalta. (Hwang et al. 2001, p.941) Dataa kerättiin talteen kymmenen sekunnin pätkissä siten, että mittaus tehtiin kerran paalun tunkeutumametriä kohden. Näytteenottotaajuus oli 1000Hz. Vaikka mittaus suoritettiin nopeussensoreilla, on tuloksissa tärinän suuruus ilmoitettu heilahdusnopeuden sijaan heilahduskiihtyvyyden maksimiarvoina. Mittaus tehtiin kolmen paalun asentamisen yhteydessä. Paalut, ja tärinämittauspisteiden sijainti niihin nähden on esitetty kuvassa (Hwang et al. 2001, p.941) Kuva 4-14: Tärinämittauspisteiden sijainti paalujen suhteen (Hwang et al. 2001, p.941) Tutkimuksessa havaittiin, että tärinän maksimiarvo kaikkien paalujen kohdalla saavutettiin kun paalun tunkeutumissyvyys oli 15m, ja että tärinä oli voimakkaampaa pystysuunnassa kuin vaakasuunnassa. Lisäksi havaittiin iskujen maaperään aiheuttaman tärinän olevan iskun alussa korkeataajuista ja iskun jälkipuolella matalataajuisempaa. Näistä ensin mittauspisteeseen saapuva korkeataajuinen tärinä on pääasiassa

66 runkoaaltoja ja myöhemmin saapuva matalampitaajuinen tärinä pääasiassa Rayleighin aaltoja. Kuvassa 4-15 on esitetty tärinän heilahduskiihtyvyyden vaimeneminen etäisyyden kasvaessa. (Hwang et al. 2001, p.945) Eri aaltotyyppien todettiin olevan selvästi erotettavissa toisistaan kun etäisyys tärinälähteestä on riittävän suuri (5m etäisyydellä ei voitu erottaa), joten vaimeneminen on kuvattu erikseen eri aaltotyypeille, sekä vaakasuoralle ja pystysuoralle komponentille eri paalutussyvyyksillä. Tunkeutumissyvyyden ollessa alle 15m olivat maakerrokset niin pehmeitä, ettei niiden tärinämittauksia ole sisällytetty kuvaajiin. R-aalloilla havaittiin kaikilla etäisyyksillä olevan suurempi heilahduskiihtyvyys kuin runkoaalloilla, ja lisäksi runkoaaltojen havaittiin vaimenevan nopeammin. Mittaustulosten perusteella vaikuttaa että tärinän vaimeneminen on riippumaton paalun tunkeutumistasosta. (Hwang et al. 2001, p.945) Kuva 4-15: Heilahduskiihtyvyyden huippuarvon vaimeneminen etäisyyden suhteen tärinälähteeseen eri paalutussyvyyksillä. Vasemmalla vaakasuuntainen värähtely, oikealla pystysuuntainen värähtely. Ylimpänä kokonaisaalto, keskellä runkoaalto ja alimpana r-aalto. Kiihtyvyydelle on käytetty yksikköä gal, joka vastaa 0,01 m/s^2. Tavallisemmin kiihtyvyydelle käytetty yksikkö putoamiskiihtyvyys g on 9,81 m/s^2. (Hwang et al. 2001, p.945) Franki-paalut, Adelaide Jaksa et al. (2002) ovat mitanneet Franki-paalujen asentamisen aikaista tärinää. Mittaus tehtiin Adelaidessa Australiassa, parkkihallityömaalla. Alue sijaitsee entisessä joenuomassa, ja maaperä on sen mukaista. Maaperästä voidaan erottaa kaksi erilaista

67 kerrosta: Ylempi ja alempi alluviaalimaa. Ylempi kerros on paksuudeltaan vaihteleva keskimäärin noin 10,5m paksuinen, ja koostuu hyvin heikosta hiekkaisesta savesta, silttisestä savesta ja hiekasta. Alempi kerros koostuu hiekkaisesta sorasta jossa on kerroksellista soraista hiekkaa. Alemman kerroksen tiiviys SPT-kairauksen perusteella vaihtelee tiiviistä hyvin tiiviiseen. Kovaa pohjaa ei saavutettu 14,5m syvyyteen ulottuneessa kairauksessa. Pohjavedenpinta sijaitsee 4,5m syvyydellä maanpinnasta. Paaluja varten maahan lyödyt teräsputket olivat halkaisijaltaan 500mm, ja asennuskalustona käytettiin 3,5 tonnin pudotusvasaraa pudotuskorkeuden ollessa 10m. Lyönti kohdistui Franki-paaluille tyypillisesti paalun alaosaan, ja lyöntitaajuus oli noin 1 isku/5s eli 0,2 Hz. (Jaksa et al. 2002, pp.68-69) Tärinän mittaus tehtiin kiihtyvyysantureilla, joiden toiminta perustuu servo-tekniikkaan. Tärinää mitattiin kolmen komponentin suuntaisesti jatkuvana signaalina koko paalun asennuksen ajan mittaustaajuuden ollessa 1000 Hz. Mittauspisteitä oli 4, joiden vaakasuuntaiset etäisyydet paaluun nähden oli 3,5m, 7m, 15m ja 30m. Mittauksessa suodatettiin yli 11 Hz taajuinen värähtely pois, jotta esimerkiksi liikenteestä aiheutuva taustatärinä saadaan eliminoitua. Heilahduskiihtyvyyden arvot on integroitu heilahdusnopeuksiksi tulosten käsittelyä varten. (Jaksa et al. 2002, p.69) PPV:n määrittämistavasta ei ole mainintaa, mutta ilmeisesti tässä on käytetty komponenttien todellista vektorisummaa. Mittaustuloksia oli analysoitu koko paalun asentamisen ajalta, kuvassa 4-16 on esitetty mitattu tärinä eri etäisyydellä paalun kärjen syvyyden suhteen. Kuvasta havaitaan, että tärinän maksimiarvot tässä tapauksessa kaikissa mittauspisteissä on saatu paalutuksen loppuvaiheessa, kun paalun tulppaa on vasaroitu ulos paalusta niin että se muodostaa antura-tyyppisen levennyksen paalun alapäähän. Tärinän maksimiarvoksi 3,5m etäisyydellä on tällöin saatu 8,8 mm/s. Tärinän eri komponentteja verrattaessa havaittiin pystysuuntaisen komponentin olevan hallitseva, ja toisaalta pitkittäisen ja poikittaisen komponentin olevan suunnilleen samansuuruisia. (Jaksa et al. 2002, pp.69-71)

68 Kuva 4-16: Franki-paalujen asentamisesta aiheutuva tärinä paalun kärjen syvyyden funktiona eri mittausetäisyyksillä. Paalutuksen lopussa paalun tulppaosan vasarointi ulos paalusta siten että se muodostaa levennyksen paalun alapäähän. (Jaksa et al. 2002, p.71) 4.2. Pontitus Tärypontitus, San Fransisco San Franciscossa asennettiin ponttiseiniä tukemaan syviä kaivantoja taloviemäreiden ja rumpujen rakentamisen yhteydessä kaupungin pohjois ja itäpuolella, lähellä San Franciscon lahtea. Pontteja asennettiin monin paikoin alle 30m etäisyydelle tärkeistä liike- ja asuinrakennuksista. Clough & Chameau (1980) ovat tutkineet ponttiseinien asentamisen aiheuttamaa tärinää alueella, kun pontin asennusmenetelmänä oli täryttäminen. Tutkittavana oli kaksi erillistä aluetta: Marina Greenin alue (MG) San Franciscon pohjoispuolella, ja pääkatu Enbarcaderon pohjoispäässä sijaitseva alue (E) kaupungin itäpuolella. Asennetut pontit ja asennuskalusto olivat molemmissa kohteissa samankaltaisia. Ponttien pituus vaihteli 10-15m välillä, ja niiden poikkileikkausala oli 742 cm^3, ja massa 63,4 kg/m. Asennuslaitteena käytettiin ICE 812 täryvasaraa, joka toimi kiinteällä taajuudella 1100rpm eli noin 18Hz. Tärinää mitattiin heilahduskiihtyvyytenä pysty- vaaka- ja pituuskomponenteittain vaihtelevilla etäisyyksillä tärinälähteestä. (Clough & Chameau, 1980, pp )

69 Marina Greenin alueella tärinää mitattiin kahdessa eri kohteessa, MG1 ja MG2 jotka sijaitsevat melko lähellä toisiaan. Maaperäolosuhteet alueella ovat seuraavanlaiset: Pinnassa on löyhä täyttökerros (paksuus 4,5-9m) jonka yläosa koostuu hiekkaisesta sorasta, sorasta ja kivistä, ja alaosa silttisestä hiekasta. Sen alla on 7,5-30m paksu lahden pohjakerros joka koostuu silttisestä savesta ja savisesta siltistä jossa on siltti- ja hiekkalinssejä. Saven leikkauslujuus vaihtelee välillä kpa. Itään päin mentäessä tulee vastaan vanha rantalinja jonka jälkeen maaperä muuttuu pääasiassa hiekaksi. Hiekkakerros ulottuu yli 18m syvyydelle, ja vaihtelee tiiviydeltään keskitiiviistä tiiviiseen. Pohjavedenpinta on 1,5-3m syvyydellä maanpinnasta. MG1 sijaitsee pehmeän pohjasedimentin ja täytön alueella, kun taas MG2 sijaitsee hiekka-alueella. Kuvissa 4-17 ja 4-18 on esitetty tarkemmin alueiden maaperäolosuhteet. (Clough & Chameau, 1980, pp ) Kuva 4-17: Poikkileikkaus Marina Green alueen maakerroksista (Clough & Chameau 1980, p.1084) Kuva 4-18: Maakerrosten kosteus, leikkauslujuus ja lyöntivastus. Vasemmalla MG1, oikealla MG2. Lyöntivastuksen yksikkönä lnt/ft joka vastaa lnt/0,3m. (Clough & Chameau 1980, p.1085) Kuvassa 4-18 on esitetty tärinän vaimeneminen etäisyyden kasvaessa MG1 ja MG2 osalta. Voidaan havaita, että kohteessa MG1 kiihtyvyysarvot ovat hiukan kohteen MG2-69 -

70 arvoja pienempiä. Tämä selittyy lähteen mukaan sillä, että pehmeä maaperä vaimentaa tärinää kovaa maaperää tehokkaammin. Lisäksi havaittiin pystysuuntaisen tärinän olevan vaakasuuntaista suurempaa. Kohteen MG1 kyseessä ollessa pystysuuntainen tärinä vaimenee hieman vaakasuuntaista nopeammin, kun etäisyys tärinälähteeseen kasvaa. (Clough & Chameau, 1980, pp ) Kuva 4-19: Tärinän vaimeneminen, heilahduskiihtyvyys etäisyyden suhteen kuvattuna. MG1 ja MG2 pystysuora ja vaakasuora komponentti. (Clough & Chameau, 1980, p.1087) Embarcaderon alueella tärinää mitattiin kahdessa toisiaan lähellä olevassa kohteessa: E1 ja E2. Alueen pintakerros (syvyys 9m) on vanhaa täyttömaata, joka koostuu hiekasta, kivistä, lahden pohjamudasta, yleisistä jätteistä ja veneenhylyistä. Täytön alla on vaihetelevan paksu pohjamutakerros, jonka alla on erilaisia kerrostumia tiivistä hiekkaa ja savea. Mutakerroksen paksuus alueella E1 on noin 6m ja alueella E2 noin 12m, lisäksi hiekkataskujen tiiveys on suurempi E1 alueella, kuin E2 alueella. Pohjavedenpinnan korkeus vastaa lahden vedenpintaa, ollen noin 1,5-3m maanpinnan alapuolella. Maaperän kerrosrakennetta ja kerrosten ominaisuuksia on esitetty tarkemmin kuvissa (Clough & Chameau, 1980, pp )

71 Kuva 4-20: Poikkileikkaus Marina Green alueen maakerroksista (Clough & Chameau 1980, p.1089) Kuva 4-21: Maakerrosten ominaisuuksia alueella E1. Vasemmalta kosteus, leikkauslujuus ja lyöntivastus (Clough & Chameau 1980, p.1091) Kuva 4-22: Maakerrosten ominaisuuksia alueella E2. Vasemmalta kosteus, leikkauslujuus ja lyöntivastus (Clough & Chameau 1980, p.1091)

72 Kuva 4-23: Maaperän suhteellinen tiiviys eri syvyyksillä CPT-kairauksen perusteella alueilla E1 ja E2. (Clough & Chameau 1980, p.1091) Tärinän vaimeneminen etäisyyden suhteen Embarcaderon alueen osalta on esitetty kuvassa Heilahduskiihtyvyyden arvot olivat lähellä toisiaan näissä kahdessa tapauksessa, johtuen samankaltaisista pohjaolosuhteista. Kuvassa 4-24 on esitetty lisäksi Marina Greenistä mitatut heilahduskiihtyvyyden arvot. Saadut arvot on eritelty sen mukaan onko kyseessä hard driving vai normal driving. Ensin mainitulla tarkoitetaan tilannetta jossa pontti osuu johonkin esteeseen ja jäljempänä mainitulla tilannetta jossa esteitä ei kohdata. (Clough & Chameau, 1980, pp ) Marina Greenistä ja Embarcaderosta saadut tärinän heilahduskiihtyvyyden arvot ovat suurin piirtein samoja kun ollaan alle 4m etäisyydellä ponttiseinästä. Sillä, kohdataanko asentamisen aikana esteitä, näyttää olevan selvä vaikutus heilahduskiihtyvyyden suuruuteen. Esteitä kohdatessa ympäristöön siirtyvä tärinä on suurempaa. Esteitä kohdatessa sekä pystysuuntainen että vaakasuuntainen heilahduskiihtyvyys saa lähietäisyydellä arvoja jotka ovat suuruusluokaltaan 0,4-0,5g. Kun asennusolosuhteet ovat sellaiset, että esteitä ei kohdata, vastaavalla etäisyydellä heilahdusnopeus on noin 0,2-0,3g. Tärinän havaittiin myös vaimenevan nopeasti. Kuitenkin kohteen MG2 tapauksessa tärinän vaimeneminen on muita hitaampaa. Tämän arvellaan johtuvan sen tiiviimmästä maaperästä. Kaikilla muilla alueilla maakerrosten alla on pehmeä lahden mutakerrostuma, joka vaimentaa tärinää tiivistä maata paremmin. (Clough & Chameau, 1980, pp )

73 Kuva 4-24: Tärinän vaimeneminen, heilahduskiihtyvyys etäisyyden suhteen kuvattuna kohteista MG1, MG2, E1 ja E2. Vasemmalla vaakasuuntainen tärinäkomponentti, oikealla pystysuuntainen tärinäkomponentti. (Clough & Chameau, 1980, p.1087) Clough & Chameau (1980, p.1094) ovat sovittaneet saamiaan tuloksia vaimenemiskaavaan 4.1. Eri kohteissa mitattuihin heilahduskiihtyvyyden arvoihin sovitettiin kaavan mukainen käyrä, jolloin voitiin määrittää materiaalivaimennuskerroin eri tilanteissa. Näin saadut α-arvot on esitetty taulukossa 4-4. A = A 0 D 0 D e α ( D D 0 ) (4.1) A = Heilahduskiihtyvyys etäisyydellä D pontista Ao = Heilahduskiihtyvyys etäisyydellä Do pontista α = materiaalivaimennuskerroin Taulukko 4-4: Materiaalivaimennuskerroin α (1/m) eri tapauksissa. (Muunnettu SIyksiköihin Clough & Chameau, 1980, p pohjalta) MG1 MG2 E1 & E2 "normal driving" "hard driving" "normal driving" "hard driving" "normal driving" "hard driving" vaakasuuntainen komponentti - 0,1 0,05-0,13 0,18 pystysuuntainen komponentti 0,05 0,07 0,03 0,07 0,13 0,2 Saatujen materiaalivaimennuskertoimien arvot viittaavat siihen, että pehmeä savinen maa vaimentaa tärinää tehokkaammin kuin tiiviimpi ja kovempi maa. Havaittiin myös, että kun pontti osuu esteeseen, siitä aiheutuu suurempi tärinä, joka vaimenee nopeammin kuin tärinä joka syntyy kun esteitä ei kohdata. Nopeamman vaimenemisen arvellaan johtuvan esteiden kohtaamisen aiheuttamasta suuremmasta muodonmuutostasosta jolloin myös vaimeneminen on suurempaa. Pystysuuntaisen ja

74 vaakasuuntaisen tärinäkomponentin vaimenemisen välillä ei havaittu merkittäviä eroja. (Clough & Chameau, 1980, pp ) San Franciscon kaupunki suoritti alueella lisäksi riippumattoman tärinämittauksen heilahdusnopeutta mitaten. Vertailun vuoksi Clough & Chameaun mittaamat heilahduskiihtyvyyden arvot integroitiin heilahdusnopeuksiksi. Suoraan mitatut, ja integroimalla saadut heilahdusnopeuden arvot olivat huomattavan yhteneviä. Heilahdusnopeuden arvot ponttien läheisyydessä vaihtelivat välillä 25 mm/s-50 mm/s ja heilahduskiihtyvyys puolestaan välillä 0,2-0,5g. Tärinä vaimeni nopeasti etäisyyden kasvaessa, jolloin noin 30 m etäisyydellä heilahdusnopeus vaihteli välillä 0,7-2,5 mm/s, ja heilahduskiihtyvyys oli pääosin alle 0,03g. (Clough & Chameau, 1980, pp ) Tärypontitus, useita kohteita Kreikassa Athanasopoulos & Pelekis (2000a) ovat tutkineet ponttiseinän asentamisen aiheuttamaa tärinää, kun asennusmenetelmänä on täryttäminen. Tärinämittaukset suoritettiin Patraksessa Kreikassa, kaupungin keskustassa tiheään asutulla alueella, jossa pontitus tehtiin viemäriputkien asentamisen yhteydessä tukemaan kaivannon seiniä. Tärinää mitattiin sekä maan pinnasta katupäällysteen päältä ja jalkakäytävältä, että läheisten rakennusten pohjakerroksista yhteensä yhdeksässä kohteessa. Tässä keskitytään maan pinnasta saatujen mittaustulosten käsittelyyn. Asennuskalustona käytettiin neljää erityyppistä täryvasaraa, ja ponttiseiniä oli kahta eri tyyppiä. Asennuslaitteiden energiat vaihtelivat Nm välillä. Maaperä mittauskohteissa koostuu yläosassa pääasiassa siltistä, hiekasta, savesta ja sorasta, noin 8m syvyydeltä alaspäin on useimmissa kohteissa savikerros. Taulukossa 4-5 on esitetty tarkemmin eri mittauskohteiden maaperäolosuhteet, ponttien ja asennuksen tiedot, sekä myös mittauksissa saadut tärinän maksimiarvot eri mittauspisteissä. (Athanasopoulos & Pelekis 2000a, pp ) Tärinää mitattiin geofoneilla kolmen komponentin suuntaisesti. Heilahdusnopeus on tässä ilmoitettu suurimman yksittäisen komponentin arvona. Mittauksissa havaittiin pystysuuntaisen komponentin antavan lähes poikkeuksetta suurimman maksimiarvon. Pystykomponentin hallitsevuus havaittiin myös tutkittaessa partikkelin liikerataa. Lähietäisyydellä pystysuuntainen komponentti oli selvästi suurin, ja pitkittäinen komponentti vaakasuuntaista suurempi. Etäisyyden kasvaessa tärinälähteeseen havaittiin pitkittäisen komponentin pienentyvän hieman, ja poikittaisen kasvavan. Kuitenkin pystykomponentti oli edelleen selkeästi hallitsevin. Täryvasaran käynnistys ja sammutusvaiheissa tärinä voimistui huomattavasti, mutta tärinän maksimiarvojen määrittämisessä nämä vaiheet jätettiin huomioimatta, eli tärinäarvot taulukossa 4-5 ovat

75 tasaisen käytön aikaisia tärinän maksimeja. (Athanasopoulos & Pelekis 2000a, pp ) Taulukko 4-5: Mittauskohteiden tiedot ja mitatut tärinän maksimiarvot (Käännetty suomeksi Athanasopoulos & Pelekis 2000a, p.379 alkuperäisestä taulukosta) Heilahdusnopeuden maksimi A B C Maaperä Täyttö (0-3m), hksi (3-8m), savi (8-16m), pvp 1m sahk (0-3,5m), hksi (3,5-16m), pvp 3m Savi (0-1,5m), sihk, Sa, Sr (1,5-4m), sihk (4-8m), pvp 3m Pontti LARSSEN III neu (pituus 7m) ARBED PU16 (pituus 10m) LARSSEN III neu (pituus 8m) Paalutuskalusto MGF RBH 60M MS-5H4 MGF RBH 60M Taajuus Tärinälähteen lähellä 13 Hz 23 Hz 20 Hz 7,0 mm/s (etäisyys 0,2m), (päällyste) 5,3 mm/s (et.1,5m) (päällyste) 15,0 mm/s (et.1,6m) (päällyste) Rakennuksen ulkopuolella 0,45 mm/s (et.21.0m) (jalkak.) 4 mm/s (et.6,8m) (jalkak.) 5,5 mm/s (et.3,6m) (jalkak.) D hksa, hksi (0-8m), sihk (8m), pvp 3m LARSSEN 22 (pituus 8m) ABI RE 10000/3 40 Hz 25,0 mm/s (et.1,5m) (päällyste) 2,2 mm/s (et.5,5m) (jalkak.) E täyttö (0-1m), sihk/sr (1-3m), hksi (3-4,5m), Sa (4,5->m), pvp 1m LARSSEN III neu (pituus 7m) MGF RBH 60M 25 Hz 10,0 mm/s (et.1,8m) (päällyste) 7,5 mm/s (et.3,4m) (jalkak.) F hksa, hksi (0-8m), sihk (8m), pvp 3m LARSSEN III neu (pituus 7m) ICE Hz 6,0 mm/s (et.5,15m) (jalkakäytävä) 6,0 mm/s (et.3,6m) (jalkak.) G savinen täyttö (0-2m) Sr (2-3,5m), sihk, Sr (3,5-5,5m), Sa (5,5m), pvp 2m LARSSEN III neu (pituus 8m) MGF RBH 60M 21 Hz 5,0 mm/s (et.3,9m) (päällyste) 20.0 mm/s (et.4,4m) (jalkak.) H I hksa, hksi (0-8m), sihk (8m), pvp 3m hksa, hksi (0-8m), sihk (8m), pvp 3m LARSSEN III neu (pituus 8m) LARSSEN III neu (pituus 8m) ICE 416 ABI RE 10000/3 16 Hz 24 Hz 6,05 mm/s (et.2,4m) (päällyste) 35,0 mm/s (et.1m) (päällyste) 1,25 mm/s (et.11,4m) (jalkak.) - Kaikki tärinämittausten tulokset on esitetty kuvassa Tuloksiin on sovitettu regressioanalyysin avulla kaksi pseudovaimenemisen mukaista käyrää, joista toinen on keskiarvokäyrä, ja toinen tietynlainen ylärajakäyrä. Keskiarvokäyrälle on saatu yhtälö 4.2, ja ylärajaa kuvaavalle käyrälle yhtälö 4.3. v = 32r 1,5 (4.2) v = 80r 1,5 ub (4.3) v = heilahdusnopeuden maksimiarvon keskiarvo (mm/s) v ub = heilahdusnopeuden maksimiarvon yläraja (mm/s) r = etäisyys tärinälähteeseen (m) Heilahdusnopeuden maksimiarvon yläraja on noin 2,5-kertainen heilahdusnopeuden maksimiarvon keskiarvoon nähden, ja sen avulla voitaisiin lähteen mukaan arvioida

76 syntyvää tärinää alueilla, joissa etukäteen tehtäviä tärinäkokeita ei voida suorittaa. (Athanasopoulos & Pelekis 2000a, pp.373, 381) Kuva 4-25: Pontituksen aiheuttama tärinä ja sen vaimeneminen kun asennusmenetelmänä on täryttäminen. (Athanasopoulos & Pelekis, 2000a p.381) Kuvassa 4-26 on saatuja vaimenemissuoria verrattu vielä muissa täryttämällä asennettavien ponttien asennustärinää käsittelevissä tutkimuksissa saatuihin tuloksiin. Tuloksien vertailussa on otettava huomioon eri olosuhteet ja kaluston ja ponttityypin vaihtelut, sekä asennuskaluston nimellisenergia. Tässä tutkimuksessa energia vaihteli Nm välillä ja maaperä oli melko pehmeää. Näin ollen esimerkiksi Clough and Chameaun (1980) tutkimusta pienemmät tulokset ovat selitettävissä, kun kyseisessä tutkimuksessa asennusenergia oli 5500 Nm. Vertailun perusteella voidaan havaita, että tärypontituksen aiheuttaman tärinän vaimeneminen lähellä tärinälähdettä on ollut samankaltaista useissa eri tapauksissa. Lisäksi todetaan, että tässä tutkimuksessa saatu tulos, jonka mukaan pseudovaimenemissuoran potenssi on 1,5, on yhtenevä aikaisemmissa tutkimuksissa saatuihin tuloksiin. (Athanasopoulos & Pelekis 2000a, p.382)

77 Kuva 4-26: Tärypontituksesta aiheutuvan tärinän vaimeneminen etäisyyden suhteen useiden eri tutkimusten tulosten perusteella. (Athanasopoulos & Pelekis 2000a, p.382) U-ponttien asennus täryttämällä, Tukholma ja Vårby Viking et al. (2000a) ovat dokumentoineet pontituksen aiheuttamaa tärinää, kun asennusmenetelmänä on täryttäminen. Tärinää mitattiin kahdessa kohteessa, joista toinen sijaitsi Tukholman keskustassa ja toinen Vårbyssä noin 20km Tukholmasta lounaaseen. Tukholman mittausalue sijaitsee harjumoreenimuodostumalla jonka alla on kallio. Pinnassa on 3-4m paksuinen täyttö, jonka alla on suhteistunutta tiivistä kitkamaata joka sisältää paljon kiviä ja muita esteitä. Pohjavedenpinta kyseisellä alueella on noin 4m syvyydellä maanpinnasta. Vårbyn mittausalue puolestaan sijaitsee isolla jäätikköjokikerrostuma-alueella. Maaperä koostuu yli 40m syvyisestä hiekkakerroksesta jonka päällä on 2,1m paksuinen savikerros. Pohjavedenpinta on 2,5m syvyydellä. (p.291) Tukholman alueella asennettiin 11m pitkiä LX-8 pontteja syvimmillään jopa 31m syvyyteen. Asennuslaitteena oli resonanssinesto-ominaisuudella varustettu ICE 23RF tärytin, jonka maksimitaajuus valmistajan mukaan on 38 Hz. VB alueella ponttina oli PU-16, pituudeltaan 14m. Asennuslaitteena käytettiin puolestaan ABI MRZV800 tärytintä (taajuus 41 Hz). Molemmissa täryttimissä oli resonanssinesto-ominaisuus. (Viking et al. 2000a, p.292, 297) Tärinän mittaaminen tapahtui molemmilla alueilla samalla tavalla. Mittaus suoritettiin pysty-, säteittäis- ja pitkittäissuunnassa kolmella etäisyydellä pontituksesta. Lisäksi

78 pontteihin maalattiin ennen asentamista 0,5m välein merkinnät niin, että tunkeutumissyvyyttä ja -nopeutta voitiin arvioida videolta. Mitta-anturien kiinnityskohdasta poistettiin kasvillisuus ja kuivakuori, sekä kaivettiin pois lisäksi noin 10cm alla olevasta maasta. Mittapisteiden sijainti ponttien suhteen on kuvattu tarkemmin Tukholman alueen osalta kuvassa 4-27, ja Vårbyn alueen osalta kuvassa (Viking et al. 2000a, p ) Kuva 4-27: Mittauspisteiden sijainti pontteihin nähden Tukholman mittauskohteessa. (Viking et al. 2000a, p.292) Kuva 4-28: Mittauspisteiden sijainti pontteihin nähden Vårbyn mittauskohteessa. (Viking et al. 2000a, p.293) Tässä tutkimuksessa asennusolosuhteet jaettiin pontin asennusnopeuden mukaan vaikeasti asennettaviin (hård drivning) ja helposti asennettaviin (lätt drivning). Jako tehtiin siten, että pontin tunkeutumisnopeuden ollessa alle 100mm/s luokiteltiin olosuhteet vaikeiksi. Helpoiksi olosuhteet luokiteltiin puolestaan jos tunkeutumisnopeus oli yli 125mm/s. Tukholman kohteessa asennusolosuhteet olivat vaikeat, ja asennuksen aikana osuttiin useasti kiviin tai muihin esteisiin. Sen sijaan Vårbyssä asennusolosuhteet

79 olivat erittäin suotuisat tärypontitukselle. Tunkeutumisnopeus 125mm/s saavutettiin vaikka pontteja asennettaessa käytettiin vain puolta asennuslaitteen kapasiteetista. (Viking et al. 2000a, p.296) Kuvassa 4-29 on esitetty kummankin kohteen maaperän tyypillinen aaltoliike komponenteittain lähellä ponttia. Tukholman kohteessa pitkittäisen aaltoliikkeen amplitudin havaittiin vallitsevasta käsityksestä poiketen olevan merkittävästi pystysuuntaista amplitudia suurempi. Tämä oletetaan liittyvän alueen vaikeisiin asennusolosuhteisiin. (Viking et al. 2000a, p.297) Kuva 4-29: Tärypontituksen aiheuttama tärinä. Ylhäällä Vårbyn mittausalue, helpot asennusolosuhteet, mittausetäisyys noin 1m pontista, alla Tukholman mittausalue, vaikeat asennusolosuhteet, mittausetäisyys noin 2m pontista. (Viking et al. 2000a, s.297) Mittausalueiden taajuusanalyyseista (kuva 4-30), voidaan puolestaan havaita, että hallitseva taajuus kummassakin tapauksessa on asennustaajuus. Vårbyn helpoissa asennusolosuhteissa hallitsevan taajuuden piikki on selvästi muita isompi. Vaikeammissa olosuhteissa, missä kohdattiin esteitä asennuksen aikana, ovat myös muut taajuuspiikit merkittäviä. (Viking et al. 2000a, p.297, 299) Huomionarvoista on, että kuvat 4-29 ja 4-30 koskee mittaustuloksia jotka on saatu hyvin läheltä ponttia (1m ja 2m), eivätkä näin ollen kuvaa tilannetta kauempana tärinälähteestä

80 Kuva 4-30: Taajuusanalyysi kuvan 4-22 tilanteesta, yllä Vårbyn kohde, alla Tukholman kohde. (Viking et al. 2000a, s.297) Mielenkiintoista on, että ympäristöön aiheutuva tärinä pontin lähietäisyydellä havaittiin pienemmäksi Tukholman kohteessa, vaikka asennusolosuhteet olivat huomattavasti vaikeammat. Tämä johtuu kirjoittajien mukaan mitä ilmeisimmin Vårbyn mittauskohteessa olevasta pinnan 2,1m paksusta savikerroksesta. Viking et al. ovat analysoineet savikerroksen mahdollista resonanssitilaa kaavan 2.19 perusteella. Sen perusteella, jos kerros on resonanssitilassa kun tärinän taajuus on 41 Hz, ja kerroksen paksuus 2,1m, tulisi savikerroksen leikkausaallonnopeudeksi 340 m/s. (Viking et al. 2000a, s.296) Tärinän vaimeneminen havaittiin nopeammaksi Vårbyn kohteessa, jossa maaperän tärinä oli suurempaa. Tämä johtunee Tukholman alueen selvästi tiiviimmästä maaperästä. Vårbyn tapauksessa vaimeneminen on lisäksi suhteellisen tyypillistä ja johdonmukaista, kun taas Tukholmassa vaimeneminen on, Viking et al mukaan, vaikeammin analysoitavissa. Osa mitatuista tärinäarvoista, ja tärinän vaimeneminen on esitetty kuvissa 4-31 ja (Viking et al. 2000a, s.296) Saatuja mittaustuloksia on myös sovitettu kappaleessa esitettyyn vaimennuskaavaan (Kaava 2.16) olettaen geometrisen vaimennuksen potenssiksi n=0,5. Materiaalivaimennuksen arvoiksi saatiin tällöin Tukholman kohteessa α=0,07 ja Vårbyn kohteessa α=0,13. Sovitettaessa tuloksia kaavaan 2.16 havaittiin lisäksi, että arvo n vaikuttaisi olevan todellisuudessa suurempi kuin 0,5. Tämän on päätelty viittaavan siihen, että runkoaaltojen määrä tärinälähteen lähellä on oletettua suurempi. (Viking et al. 2000a, s.296, )

81 Kuva 4-31: Tärinän vaimeneminen Tukholman alueella pontin tunkeutumissyvyyden ollessa 1,0m. (Viking et al. 2000a, s.298) Kuva 4-32: Tärinän vaimeneminen Vårbyn alueella pontin tunkeutumissyvyyden ollessa 1,25m. (Viking et al. 2000a, s.298) Z-pontin asentaminen täryttämällä, Chicago Glatt et al. (2004) ovat tutkineet täryttämällä asennettavan ponttiseinän asennuksenaikaista tärinää. Tutkimuskohde sijaitsee Chicagossa keskusta-alueella, jossa 20m syvä ponttiseinä asennettiin kaivannon tukemiseksi. Asennetun ponttiseinän tyyppi oli PZ-27, ja se asennettiin täryttämällä. Ponttien asennukseen käytettiin kahta eri täryvasaraa: Toinen on tyypiltään ICE 23 RF, ja sen käyttötaajuus on 38Hz ja paino 6400kg. Toinen täryvasaroista on tyypiltään ICE 44-30, taajuudeltaan 26Hz ja painoltaan 6200kg. ICE 23 RF vasarassa on resonanssinesto-ominaisuus. (Glatt et al. 2004, p.2132) Alueen maaperä on seuraavanlainen: pinnassa on 4,3m syvä täyttökerros joka koostuu tiiviydeltään vaihtelevasta siltistä, karkeasta hiekasta, sorasta, tiilenpaloista ja satunnaisista betonin- ja puunpaloista. Täyttökerroksen alla on 5m keskitiivistä

82 rakeisuudeltaan hienosta karkeaan olevaa hiekkaa, jonka alla puolestaan on useita kerroksia savea 25m syvyydellä olevaan tiiviiseen moreenikerrokseen saakka. Pohjavedenpinta on 4m syvyydellä maan pinnasta. Tärinää mitattiin eri etäisyyksillä asennuspisteestä kolmen komponentin suuntaisesti. Mittauksessa otettiin erikseen huomioon täryttimen käynnistys- ja sammutusvaihe, jolloin tärinä voimistuu. (Glatt et al. 2004, p.2131) Kuvassa 4-33 on esitetty täryttimen aiheuttama tärinä sen käynnistysvaiheessa 6m etäisyydellä ponttiseinästä. Kuvasta voidaan havaita poikittaissuuntaisen värähtelyn olevan selvästi pitkittäis- ja pystysuuntaista tärinää pienempää. Tämä viittaa Glatt et al mukaan siihen, että tärinä muodostuu pääasiassa Rayleighin aalloista. Täryttimen käynnistysvaiheessa tärinä on selvästi voimakkaampaa kuin itse työn aikana, jolloin tärytin käy tasaisesti. Lisäksi havaittiin, että tyyppinen täryvasara aiheuttaa suurempaa tärinää käynnistys ja sammutusvaiheessa, kuin 23RF tyyppinen. Tämän johtunee jäljempänä mainitun täryvasaran resonanssinesto-ominaisuudesta. Täryttimen käynnistys ja sammutusvaiheessa tärinän taajuus muuttuu, ja taajuuden osuessa maaperän ominaistaajuuden kohdalle syntyy resonanssitila jossa tärinä voimistuu. Tutkimuksessa havaittiin käynnistysvaiheen ja sammutusvaiheen tärinän olevan lähellä toisiaan, joten niitä ei tässä erotella toisistaan. (Glatt et al. 2004, pp ) Kuva 4-33: Täryvasaran aiheuttama tärinä 6m etäisyydellä ponttiseinästä käynnistysvaiheessa ja tasaisessa vaiheessa. Ylhäältä pitkittäinen komponentti, keskellä poikittainen komponentti ja alimpana pystysuuntainen komponentti. (Glatt et al. 2004, p. 2132) Kuvissa 4-34 ja 4-35 on koottu eri etäisyyksillä mitatut tärinän maksimiarvot siten, että kuvassa 4-34 on otettu huomioon ainoastaan tasaisen käymisen vaihe, ja kuvassa 4-35 on kuvattu käynnistys ja sammutusvaihe. Mitattuihin tärinäarvoihin on lisäksi sovitettu kaavan 4.4. mukaiset käyrät (Glatt et al. 2004, p.2133)

83 m V = CD (4.4) V = Partikkelin heilahdusnopeus (mm/s) C = tärinän amplitudi 1m etäisyydellä (mm/s) D = Etäisyys tärinälähteeseen (m) m = Vaimenemista kuvaava käyrän kulmakerroin logaritmisessa asteikossa. Kuva 4-34: Heilahdusnopeuden maksimi etäisyyden suhteen tasaisen käymisen vaiheessa. (Glatt et al. 2004, p.2134) Kuva 4-35: Heilhadusnopeuden maksimi etäisyyden suhteen täryvasaran käynnistys- ja sammutusvaiheessa. (Glatt et al. 2004, p.2134) Glatt et al. (2004, pp ) ovat verranneet saamiaan tuloksia aiempiin tutkimuksiin taulukossa 4-6. Vertailukohteena on kaavan 4.4 parametrit. Erityisen mielenkiinnon kohteena on parametri m joka kuvaa tärinän vaimenemista etäisyyden kasvaessa. Kyseisen parametrin havaitaan eri tutkimuksissa vaihtelevan välillä 1 1,5. Parametri C vaihtelee huomattavasti parametria m enemmän eri tutkimusten välillä. Glatt et al. mukaan se on riippuvainen asennusolosuhteiden lisäksi täryttimen taajuudesta ja painosta. Esimerkiksi tässä tutkimuksessa täryvasaran C-arvo on

84 lähes kaksinkertainen 23RF tyyppiseen täryvasaraan verrattuna, vaikka asennusolosuhteet ja vasaroiden painot ovat suunnilleen samat. Taulukko 4-6: Tärinän vaimenemisparametrit eri tutkimusten mukaan. (Käännetty suomeksi Glatt et al. 2004, p.2135 alkuperäisestä taulukosta) Vasara Pontti C m Maaperä Lähde ICE 44-30, 26 Hz ICE 23RF, 38 Hz PZ ,4 PZ ,2 sihk, Sr ja tiilenpaloja (0-4,3m). Keskitiivistä Hk (4,3-9,3m), tiivistyvä Sa (9,3- >m). Pvp 4,3m Tämä tutkimus ICE 416, 17 Hz LARSSEN III neu 64 1,5 19 1,3 hksa, hksi (0-8m), sihk Athanasopoulos (2000) ICE cm^2, 63,4 kg/m 46 1 Ei tietoa Ei tietoa 34 1,2 hksr, kivinen täyttö (0-6m), Hk, pehmeä Sa Poikkeuksellisen tiivis sementoitunut Hk ja Sr 18 Hz Ei tietoa 164 1,4 Pehmeä maa Clough & Chemeau (1980) Dowding (1996) Abdel-Rahman (2002) 26 Hz PZ ,5 Tiivis Sr (0-1,5m), pehmeä turve (1,5-3m), ljsi (3-6m), hyvin tiivis karkea Hk Linehan et al. (1992) U- ja Z- pontin asentaminen lyömällä, täryttämällä ja puristamalla, Kristiansand Etelä Norjassa, Kristiansandin kaupungissa asennettiin ponttiseinää tulevan tunnelirakennuksen johdosta. Syksyllä 1998 suoritettiin koeponttien asentaminen lyömällä ja täryttämällä. Tarkoituksena oli selvittää työstä aiheutuva tärinä ja eri ponttityyppien ja asennusmenetelmien vaikutukset siihen. Lisäksi tutkittiin mm aiheutuvaa melua, painumia, ja pontin asennettavuutta. Ponttien asennus tapahtui kolmella, erilaiset pohjaolosuhteet omaavalla alueella A, B ja C. Kesällä 2000 testattiin lisäksi ponttien asentamista puristamalla. (Aabøe & Braaten, 2000 s.220, Aabøe, 2001 p.4) Alueen A maaperä koostuu 4-5m paksuisesta hiekkakerroksesta, jonka alla on savinen ja hiekkainen silttikerros joka ulottuu noin 12m syvyydelle. Tämän alla on edelleen hiekkaa ja silttistä hiekkaa. Pohjavedenpinta on noin 4,5m syvyydellä maanpinnasta. Alueella asennettiin kolmea eri tyyppistä ponttia: LX16 U-ponttia, 2N Z-ponttia, ja 3NA Z-ponttia, joista Z-pontit asennettiin pareittain. Ponttien pituus oli 15m. Pääasiassa pontit asennettiin ICE 625B tyyppisellä täryasentimella. Muutama U ja Z pontti asennettiin myös lyömällä 4 tonnin pudotusjärkäleellä. Ponttien asennus alue A:ssa sujui melko vaivattomasti sekä täryttämällä että lyömällä. (Aabøe & Braaten, 2000 s )

85 Alue B:n maaperä koostuu hiekasta joka ulottuu 25m syvyydelle. Lisäksi 7-8m syvyydellä on kerros soraa ja kivä. Pohjaveden pinta on noin 8m maanpinnan alapuolella. Alueella asennettavat pontit olivat 15m pitkiä, ja tyypiltään LX16, LX25, 2N ja 3NA. Asennus tapahtui pääasiassa lyömällä 4 tonnin järkäleellä, mutta asennusta yritettiin myös ICE 625B täryttimellä, jolla saatiin lopulta asennettua yksi pontti. Kaiken kaikkiaan ponttien asennus alue B:ssä oli vaivalloista. (Aabøe & Braaten, 2000 s.221) Alue C:ssä maaperä koostuu pääasiassa hiekasta noin 8m syvyyteen saakka. Tämän alla on hienorakeisempia maa-aineita, kuten silttistä hiekkaa, jossa on 4m paksu tiiviimpi kerros noin 14m syvyydellä. Pohjavedenpinnan taso on 8m maanpinnan alapuolella. Alueella asennettiin LX16 ja LX25 tyyppisiä pontteja yhteensä neljä kappaletta. Ponttien asennus alueella C oli melko helppoa sekä täryttämällä että lyömällä. (Aabøe & Braaten, 2000 s ) Tärinämittauksissa havaittiin, että tärinä oli selvästi suurinta alueella B, jossa ponttien asennus oli vaivalloisinta. Lähialueella (3 4m pontista) tärinä oli kaksinkertaista muihin alueisiin verrattuna. Kuitenkin etäisyyden kasvaessa muutamiin kymmeniin metreihin, ei eri alueiden tärinätasossa ollut enää merkittäviä eroja. Myös eri työmenetelmien aiheuttama tärinän suuruus poikkesi merkittävästi toisistaan. Lyömällä asennettaessa tärinätaso oli lähietäisyydellä yli puolet korkeampi kuin täryttämällä asennettaessa. Jos lisäksi jätetään huomioimatta tärylaitteen käynnistys- ja sammutusvaiheessa syntyvä resonanssitärinä, on ero vielä selvempi. (Aabøe & Braaten, 2000 s.223) Tutkimuksessa pyrittiin myös selvittämään onko pontin profiililla merkitystä syntyvän tärinän kannalta. Vertailua vaikeutti se, että Z-pontit asennettiin pareittain toisin kuin U- pontit. Käytäntö on osoittanut, että pareittain asentamisella on suurempi merkitys syntyvään tärinään kuin Z- ja U-profiilin välisellä erolla. Mittausten perusteella pareittain asennettu Z-pontti näyttäisi aiheuttavan lähes kaksinkertaisen tärinän yksittäin asennettuun U-ponttiin verrattuna. Lisäksi pyrittiin selvittämään pontin jäykkyyden vaikutus syntyvään tärinään asentamalla sekä U, että Z profiilista kahta eri jäykkyyden omaavaa ponttia. On mahdollista, että jäykempi pontti aiheuttaa vähemmän tärinää, mutta tässä tutkimuksessa selvää eroa eri jäykkyyksien välillä ei havaittu. On otettava kuitenkin huomioon, että lähdemateriaali on varsin suppea. (Aabøe & Braaten, 2000 s.223) Kuvissa 4-36 ja 4-37 on esitetty tärinän vaimeneminen etäisyyden suhteen alueilla A, B ja C lyömällä ja täryttämällä asennettaessa

86 Kuva 4-36: Mitatut pontin asentamisesta aiheutuvan tärinän heilahdusnopeuden arvot alueilla A, B ja C etäisyyden funktiona, kun asennusmenetelmänä oli lyöminen. (Aabøe & Braaten, 2000 s.224) Kuva 4-37: Mitatut pontin asentamisesta aiheutuvan tärinän heilahdusnopeuden arvot alueilla A, B ja C etäisyyden funktiona, kun asennusmenetelmänä oli täryttäminen. (Aabøe & Braaten, 2000 s.224) Syksyn 1998 koepontituksissa tärinä ja meluarvot olivat hyväksyttyä suurempia, joten kesällä 2000 testattiin ponttien asentamista puristamalla alue A:ssa. Asennettavina ponttityyppeinä oli AZ26, AZ18 ja AZ13, ponttipituuden ollessa 15m. Asennuslaitteena käytettiin GikenZP150 Silent Piler:ia, ja tärinää mitattiin sekä maanpinnasta, että rakennusten perustuksista. Vertailtaessa eri asennusmenetelmien aikaansaamia tärinäarvoja (kuva 4-38), todettiin puristamalla asentamisen vähentävän tärinää huomattavasti. (Aabøe, 2001 p.4-5)

87 Kuva 4-38: Pontin asentamisesta aiheutuvan tärinän heilahdusnopeus etäisyyden funktiona: puristuspontitus alueella A verrattuna täryasennukseen alueilla A, B ja C. (Aabøe, 2001 p.5) U-ponttien asentaminen puristamalla, New Orleans ja Utrcht White et al. (2002) on tutkinut ponttiseinän puristamalla asentamisen aiheuttamaa tärinää. Tutkimuksessa käytetyt mittaustulokset ovat peräisin kahdelta eri alueelta, joista toinen sijaitseen New Orleansissa USA:ssa, ja toinen Utrcht:ssa Alankomaissa. Toisessa mittauskohteista (Site 1) New Orleansissa, Giken America asensi 30 kpl LX- 16 tyyppistä U-profiili ponttia. Asennusmenetelmä oli puristaminen ja asennuskoneena UP150 Silent Piler. Maaperä alueella koostuu pääasiassa savesta jossa on paikoitellen silttisiä linssejä, ja noin 4m syvyydellä puolen metrin paksuinen turvekerros. Maakerrokset ovat pehmeitä tai hyvin pehmeitä 10m syvyyteen saakka. Syvyydellä 10-20m maaperä on hieman tiiviimpää. Tärinää mitattiin kolmessa pisteessä lähellä pontitusta. Lähimmässä mittauspisteessä, joka sijaitsi 4,8m päässä pontituksesta, havaittiin heilahdusnopeuksia joiden maksimiarvo oli 2,5-4,2 mm/s. Kahdella kauimmaisella, 18m ja 24m etäisyydellä pontituksesta olevilla mittauspisteillä, ei ponttien asentamisen aiheuttamaa tärinää voitu erottaa muusta taustatärinästä. Mittausten tulokset ovat merkittynä kuvaajaan Utrecht:n kohteessa (Site 2) asennettiin rautatielinjan laajennuksen yhteydessä väliaikainen seinämä joka koostuu 500mm U-profiili ponteista. Tärinää mitattiin kolmen talon perustuksista, mittauspisteen ollessa 15cm maanpinnan yläpuolella. Etäisyys ponttilinjaan oli 7,15m. Ponttien asennus aloitettiin dieselvasaralla, jolloin tärinän maksimiheilahdusnopeudeksi mitattiin 15,2mm/s. Tärinän vähentämiseksi asennusmenetelmä vaihdettiin täryttämiseen, jolloin havaittu maksimiheilahdusnopeus

88 oli 8,3mm/s. Tärinätasoa haluttiin vielä pienemmäksi, jolloin kysymykseen tuli puristamalla asentaminen, ja asentaminen tehtiin GikenSeisakusho UP150 Silent Piler asennuskoneella. Puristuspaalutuksen aikana mitatut heilahdusnopeuden maksimiarvot vaihtelivat välillä 0,3-0,7mm/s. Mittaustulokset on esitetty kuvaajassa White et al. (2002) esittävät tärinän vaimenemisen arvioimiseksi kaavaa v=7/r, missä v on puristuspontituksen aiheuttama tärinä etäisyydellä r. Esitetty kaava pohjautuu yleisesti tärinän suuruuden arvioimiseen käytettyyn kaavaan (kaava 3.4). White et al. esittämässä kaavassa energia W ja kerroin k on yhdistetty yhdeksi kertoimeksi, jonka arvoksi on empiirisesti saatu tässä 7. Esitetty vaimenemissuora on kuvassa Kuva 4-39: Ponttien eri asennusmenetelmien aiheuttama tärinä. (White et al. 2002, p.8) Puristuspontitus, useita kohteita Rockhill et al. (2003) ovat myös tutkineet ponttien asennuksen aiheuttamaa tärinää, kun pontit asennetaan puristamalla. Mittaustulokset on kerätty eri tutkimuksista viideltä eri alueelta Japanista sekä yhdeltä alueelta Englannissa ja Norjassa. Takasussa Japanissa pontitus on tehty erillisellä testialueella, muualla pontituksen aiheuttama tärinä on mitattu työmaalla. Othun kohteessa Japanissa pontteja asennettiin vertailun vuoksi myös täryttämällä. Taulukossa 4-7 on kuvattu tarkemmin testialueet ja paalutuksen yksityiskohdat

89 Taulukko 4-7: Koekohteiden ja pontituksen tiedot (muokattu Rockhill et al. 2003, p.7 pohjalta) Sijainti Maaperä Koe Paalutuskalusto Paalutyyppi Takasu koealue, Kochi, Japani, 2002 Täytemaa jonka alla silttistä hiekkaa 1 Giken Super Auto 75 2 Giken NT 150 Pontti 0,4m x 6,5m Putkipontti halk 0,1m 3 Diesel generaattori (1800 rpm) N/A Othu, Funaire, Kochi, Japani, 2002 Löyhä, kivinen täyttö 4 Giken Super Auto SS-40L matala-amplitudinen, korkean taajuuden täryvasara Pontti 0,4m x 10m Pontti 0,4m x 12m Tosashi, Kochi, Japani 2002 Atago, Kochi, Japani, 2002 Iriake, Kochi, Japani, 2002 Löyhä, kivinen täyttö 6 Täytemaa jonka alla silttistä savea Giken Super Auto 100 (Vesisuihku 7MPa) 7 Giken Super Crush 100M (kaira) Kivinen täytemaa 8 Giken Super Auto 75 Pontti 0,4m x 14,5m Pontti 0,4m x 8m Pontti 0,4m x 6m Westbourne Grove, London, 2003 Kivimurskaa, jonka alla pehmeitä savikerroksia 9 Giken Super Auto UP150 (Vesisuihku voiteluun) Pontti 0,6m x 12m Norway, 1998 Siltti, hiekka ja savi 10 Giken ZP150 Pontti 0,6m x 15m Tutkimuksessa havaittiin, että ponttien asentaminen puristamalla aiheuttaa iskumuotoista värähtelyä, jossa tärinähuiput ajoittuvat hetkiin jolloin paalutuslaite vapauttaa otteen paalusta. Tällöin kaikki paaluun kohdistuva elastinen muodonmuutos ja taivutus vapautuu. Muu puristuspontituksen aiheuttama tärinä johtuu paalutuskoneen ja generaattorin käymisestä. Kuvassa 4-40 on pontituksen aiheuttaman tärinän heilahdusnopeus ajan suhteen kuvattuna, sekä pontin syvyyden vaikutus tärinään. (Rockhill et al. 2003, p. 9) Kuva 4-40: Puristuspontituksen aiheuttama maan heilahdusnopeusa (Rockhille et al. 2003, p.9)

90 Kuvasta voidaan havaita pontin vapauttamisen aiheuttamat tärinäpiikit, sekä asennuslaitteen aiheuttama tärinä. Mittauksista saadut heilahdusnopeuden huippuarvot etäisyyden suhteen on kuvattuna kuvassa Tässä tutkimuksessa PPV ilmoitettiin heilahdussuuntien komponenttien todellisena vektoritulona. Saadun heilahdusnopeuden arvot ovat pieniä, ja erityisesti vilkkaalla työmaalla puristuspontituksen tärinää on vaikea erottaa muusta tärinästä kun etäisyys pontituspisteeseen kasvaa muutamaa metriä suuremmaksi. Kuva 4-41: Heilahdusnopeuden maksimin vaimeneminen etäisyyden suhteen taulukossa 4-7 esitetyissä kohteissa (Rockhille et al. 2003, p.8) Mittauksissa tutkittiin myös ponttien puristamisen aiheuttaman tärinän taajuutta. Paalun vapauttamisesta aiheutuvien tärinäpiikkien pääasiallinen taajuusalue havaittiin olevan alle 15Hz, hallitsevan taajuuden ollessa hieman alle 10Hz. Asennuslaitteen käymisen aiheuttaman tärinän taajuus tässä tapauksessa oli noin 25 Hz, mikä näkyy selvänä piikkinä taajuusjakaumakuvassa. Myös sähköverkosta tuleva, mittauksen kannalta virheellinen 50 Hz taajuus näkyy piikkinä kuvassa. Kuvassa 4-42 on esitetty sekä pitkän että lyhyen aikaikkunan taajuusjakauma ponttien asennukselle

91 Kuva 4-42: Puristuspaalutuksen aiheuttaman tärinän taajuusjakauma. Vasemmalla olevan jakauman aikaväli kattaa useamman paalun asennuksen. Oikealla paalun vapauttamishetkellä aiheutuvan tärinäpiikin taajuusjakauma. (Rockhill et al p.10) Rockhill et al. (2003, p.11) arvioivat puristuspontituksen aiheuttaman tärinän suuruutta ja vaimenemista kaavan 4.5 avulla. Kaava perustuu energiatiheyden pienenemiseen geometrisen vaimenemisen yhteydessä, sekä siniaallon yhtälöön. PPV Aω = (4.5) n r A = väliaineesta ja aallon alkuperäisestä energiasta riippuva kerroin ω = herätetaajuus (1/s, Hz) r = etäisyys tärinälähteeseen (m) n = aaltojen oletetusta leviämistavasta riippuva potenssi Kaavaa 4.5 verrattiin mittaustuloksiin. Tärinän taajuudeksi oletettiin kaikissa tapauksissa 8Hz, sen perusteella, että tyypillisen pontin vapauttamisesta aiheutuvan tärinäpiikin hallitsevaksi taajuudeksi havaittiin 8Hz (vrt. kuva 4-40). Alle kahden metrin etäisyydellä tärinälähteestä, aaltojen oletettiin etenevän sylinterimäisesti jolloin n=0,5, tätä etäämmällä potenssin n on oletettu olevan 1. Sovittamalla mittaustuloksia kaavaan, saatiin alle 2m etäisyydellä A*ω=7,37 ja yli 2m etäisyydellä A*ω=10,43. Rockhill et al. (2003) esittämä vaimenemiskuvaaja on esitetty kuvassa Samassa kuvassa on White et al (2002) tekemien mittausten perusteella saatu arvio puristuspontituksesta aiheutuvalle tärinälle, sekä eurokoodin mukaiset arviot syntyvälle tärinälle kun asennusmenetelmänä on lyönti ja täry. (Rockhill et al, 2003, p.11-12)

92 Kuva 4-43 Puristuspontituksesta aiheutuva tärinä Rockhill et al. (2003) ja White et al. (2002) tekemien mittausten perusteella, sekä eurokoodein mukaiset arviot lyönti ja täryasennuksesta aiheutuvalle tärinälle. (Rockhill et al. 2003, p.12) 4.3. Yhteenveto kirjallisuuden tärinämittauksista Kirjallisuudesta kerätyissä tärinämittauksissa tärinää oli mitattu hyvin erilaisissa maaperäolosuhteissa sekä erilaisten paalujen osalta ja lisäksi asennusmenetelmä ja asennukseen käytetty energia vaihtelivat suuresti. Myös mittausmenetelmät vaihtelivat hieman. Tämän vuoksi kovin tarkkaa vertailua eri kohteiden välillä on mahdotonta tehdä. Ponttien täryasennuksen yhteydessä ongelmana oli lisäksi asennuslaitteen energian määrittäminen. Eri lähteissä annetut asennusenergiat poikkesivat toisistaan paikoitellen huomattavasti, asennusenergian määritystapa on ollut mahdollisesti erilainen eri lähteissä. Tämän vuoksi täryasennuksen yhteydessä annettuihin asennusenergian arvoihin on syytä suhtautua varauksella. Yhteenveto tärinäarvoista Yhteenveto kirjallisuuden tärinämittausten kohteista on taulukossa 4-8, ja mittaustulosten maksimiarvot on esitetty kuvissa erikseen lyömällä, täryttämällä ja puristamalla asennetuille ponteille. Saatuihin pisteisiin on lisäksi sovitettu potenssikäyrä pienimmän neliösumman menetelmällä, ja sille on annettu korrelaatiota kuvaava arvo R 2. Kuvien perusteella lyömällä asennettaessa syntyy suurimmaksi osaksi suurempaa tärinää kuin täryttämällä. Puristamalla asennettaessa tärinä oli kaikkein pienintä. Lyömällä asennettaessa tärinä näyttäisi vaimenevan myös nopeimmin. Eniten hajontaa on täryttämällä asennettujen ponttien tärinäarvoissa, joskin myös tarkasteltavien kohteiden määrä on suurin. Chicagon kohteessa (kohde 6) täryttämällä asennettujen

93 ponttien osalta saadut tärinäarvot vaikuttavat melko suurilta verrattuna muissa kohteissa mitattuihin. Tämä selittynee kuitenkin sillä, että kyseisessä mittauksessa sammutus- ja käynnistysvaiheen tärinää ei ollut erotettu toisistaan kuten muissa kohteissa, ja saadut suuret tärinäarvot on mitattu luultavasti nimenomaan sammutus- tai käynnistysvaiheessa. Taulukko 4-8: Yhteenveto kirjallisuuden tärinämittausten kohteista. Kohde Paalutyyppi Asennuslaite Energia Maaperä löyhä täyttö (0..2,5m), Tatko, 1978 Boston 1 Franki-Paalu kj Si (2,5..4,6m), srhk (4,6..7,3m) Linehan, 1984 Kim & Lee, 2000 Hwang et al Jaksa et al Taipale, 1990 Clough & Chameau, 1980 Athanasopoulos & Pelekis, 2000 Viking et al Phoenix Chicago 2 H-Paalu MTK DE 70B kj 3 Teräsputki MTK DE 70B kj 4 Pontti Foster 4030 täry 34 kj 5 H-paalu HP14x73 Dieselvasara kj 6 Z-pontti PZ40 Foster 4000 täry 34 kj Pusan 7 Teräsputkipaalu, 600mm 7t, h=0,8m 55 kj Taiwan 8 Ontto betonipaalu 800mm, t=120mm Delmac D 100, 100kN Australia 9 Franki-paalu 500mm 3,5t, h=10m 343 kj Helsinki Marina Green 10 TB-paalu/ teräspiikki 4t, h=0,25m, piikille 1m 40 kj 11 RR, ø184,5 x 11,5 mm 2t, h=1m 20 kj 12 Franki-paalu 3,5t, h=2m 79 kj 13 Vibrex paalun putki Delmag D kj kauttaaltaan hyvin tiivis Turve (0..2,5m), löyhä Si (2,5..4m), Hk (4..16m) Paalutus sihk ja Sa kerroksessa Sa ja Hk-kerroksia Löyhä Sa,Hk,Si (0..10,5m), tiivis hksr (10,5m->) Tiivistämätön louhe / hiekka täyttö (alle 7m), pehmeä Sa / Lj (1,5m), Hk / Sr + kiviä (2,5m), kallio 14 Pontti 742 cm^3 ICE 812 täry 5,5 kj keskitiivis-tiivis Hk Embarcadero 15 Pontti 742 cm^4 ICE 812 täry 5,5 kj Kreikka 16 U-pontti, Larssen III neu MGF RBH 60 M täry 1-3 kj Kreikka 17 U-pontti PU16, 600mm MS-5H4 täry 1-3 kj Kreikka 18 U-pontti, Larssen III neu MGF RBH 60 M täry 1-3 kj Kreikka 19 U-pontti, Larssen 22, 500mm ABI RE /3 täry 1-3 kj Kreikka 20 U-pontti, Larssen III neu MGF RBH 60 M täry 1-3 kj Kreikka 21 U-pontti, Larssen III neu ICE 416 täry 1-3 kj Kreikka 22 U-pontti, Larssen III neu MGF RBH 60 M täry 1-3 kj Kreikka 23 U-pontti, Larssen III neu ICE 416 täry 1-3 kj Kreikka 24 U-pontti, Larssen III neu ABI RE /3 täry 1-3 kj Tukholma 25 U-pontti, LX-8 600mm ICE 23RF täry sekalainen täyttö (0..9m), muta ( m), tiivis Hk ja Sa Ylimmäinen kerros koostuu pääosin siltistä, hiekasta, savesta ja sorasta. Alempana (n.8m syvyydellä) monissa kohteissa savikerros täyttö (0..4m), tiivis kivinen kitkamaa (4m->) Vårby 26 U-pontti, PU mm ABI MRZV800 täry Sa (0..2m), Hk (2m->) Glatt et al Chicago 27 Z-pontti, PZ-27 Aaboe & Braaten 1998, 2000 White et al Rockhill et al. Norja A 28 LX16(U), 2N(Z), 3NA(Z) Norja B 29 LX16(U), LX 25(U), 2N(Z), 3NA(Z) ICE 23RF, ICE täry ICE 625B täry, lyönti 4t, ZP150, Silent Piler lyönti 4t, ICE 625B täry New Orleans 30 U-pontti, LX16 UP150 Silent Piler useita kohteita 31 U-pontti 400mm, 600mm, putkipontti Puristamalla täyttö (0..4m), Hk (4..9m), Sa (9..25m), tiivis Mr Hk (0..5m), sasi/hksi (5..12m), Hk (12m->) Hk (0..25m), 7-8m syvyydellä kivinen kerros pehmeä (0..10m), tiiviimpi (10..20m)

94 heilahdusnopeus [mm/s] ,1 y = 72,61x -1,0565 R 2 = 0,7461 Lyömällä asentaminen 1, Franki-paalu 2, H-paalu 3, Teräsputki 5, H-paalu 14x73 7, Teräsputki 600mm 8, Betonipaalu 2560cm^2 9, Franki-paalu 28, Pontti 29, Pontti 10, teräspiikki 11, RRø184,5 12, Franki-paalu 13, Vibrex, putki 0, etäisyys [m] Kuva 4-44: Lyömällä asennettujen paalujen ja ponttien asennuksenaikainen tärinä vaakasuuntaisen etäisyyden suhteen Pontit, täryasennus heilahdusnopeus [mm/s] ,1 y = 22,626x -0,7665 R 2 = 0,4966 0, etäisyys [m] Kuva 4-45: Ponttien täryasennuksen aiheuttama tärinä vaakasuuntaisen etäisyyden suhteen

95 Pontit, puristamalla asentaminen heilahdusnopeus [mm/s] 1000,0 100,0 10,0 1,0 0,1 y = 10,73x -0,9193 R 2 = 0,8859 0, etäisyys [m] Kuva 4-46: Puristamalla asennettujen ponttien asennuksenaikainen tärinä vaakasuuntaisen etäisyyden suhteen Kirjallisuuden mittaustuloksista poimituille maksimiarvoille (Arvot kuvissa ) tehtiin lisäksi kohdekohtainen vaimenemistarkastelu jossa määritettiin pseudovaimenemisen kerroin m. Lisäksi tuloksia verrattiin lyöntipaalutusohjeessa annettuun kaavaan (kaava 3.4) siltä osin kun tämä oli mahdollista. Pseudovaimenemista kuvaava kerroin m oli pääosin 0,5 1,5 suuruinen. Lyömällä asennetuissa tapauksissa kerroin m oli keskiarvoltaan hiukan suurempi kuin täryttämällä ja puristamalla asennettujen paalujen yhteydessä. Lyöntipaalutusohjeen kaavan mukainen kerroin k vaihteli puolestaan välillä 0,1-1,5, ollen keskiarvoltaan lyöntipaalutuksen yhteydessä 0,4, ja täryttämällä asennuksen yhteydessä 0,7. Tärinän vaimenemista oli tarkasteltu myös monessa artikkelissa mittaustulosten raportoinnin yhteydessä. Useassa mittauksessa oli määritetty vaimenemiseksponentti pseudovaimenemisen mukaisesti sekä joissain tapauksissa geometrisen ja materiaalivaimenemisen kertoimet n ja α. Saadut materiaalivaimenemiskertoimen α arvot vaihtelivat välillä 0,026 0,2, riippuen muun muassa valitusta geometrisen vaimenemisen kertoimesta. Saadut materiaalivaimenemiskertoimen arvot olivat pääsääntöisesti suurempia löyhissä maakerroksissa. Pseudovaimenemista kuvaava kerroin m sai suurimmaksi osaksi arvoja väliltä 1 1,5. Yksityiskohtaisemmin tulokset sekä artikkeleissa annettujen n-, α- ja m-arvojen osalta, että tässä työssä kirjallisuuden mittaustulosten maksimiarvoille määritettyjen m- ja k- arvojen osalta on esitetty liitteessä 1 olevassa taulukossa

96 Tärinään liittyviä havaintoja kirjallisuuden tärinämittauksissa Merkittäväksi tärinään vaikuttavaksi seikaksi oli havaittu alueen maaperä. Tiiviitä maakerroksia läpäistessä, tärinä oli pääosin suurempaa kuin löyhissä maissa. Yleisimmäksi selitykseksi tähän annettiin tiiviin maan pienempi materiaalivaimeneminen, vaikka todellisuudessa syy lienee enemmänkin paalun tunkeutumisen vaikeutuminen tiiviissä maassa. Selvimmin tämä näkyy Helsingin mittauksista, joissa paalutuksen tai pontituksen aikainen tärinä on esitetty kärjen syvyyden suhteen yhdessä lyöntivastuskuvaajan kanssa. Viking et al. (2000) tekemässä tarkastelussa havaittiin, että ponttien täryasennus aiheutti suurempaa tärinää pehmeässä, kuin tiiviissä maaperässä. Tässä tapauksessa pehmeässä kerroksessa esiintyvän suuremman tärinän arveltiin johtuvan pinnassa olevan ohuen savikerroksen mahdollisesta resonanssitilasta. Myös tärinän taajuuden oli havaittu riippuvan osittain maan tiiveydestä. Tiiviissä maassa, ja tiiviitä maakerroksia läpäistessä taajuus oli suurempi kuin löyhissä maakerroksissa. Taajuuden havaittiin myös laskevan kun etäisyys tärinälähteeseen kasvoi. Tavallisesti hallitseva taajuus lyöntipaalutuksen yhteydessä oli noin 10-30Hz. Täryasennuksen yhteydessä hallitseva tärinän taajuus oli sama, kuin täryttimen taajuus. Vaikeissa asennusoloissa, tiiviitä kerroksia tai esteitä kohdatessa havaittiin myös asennustaajuuden monikertojen olevan merkittäviä taajuuksia maaperän tärinässä. Asennusenergian vaikutus tärinäarvoihin ei suoranaisesti ole havainnoitavissa tarkasteltujen tapausten perusteella. Pikemminkin vaikuttaisi, että hyvin erilaisilla energiamäärillä asennetut paalut aiheuttavat melko samansuuruista tärinää. Tosin asennusenergiat lyömällä asennettujen paalujen kohdalla ovat keskenään suurin piirtein samaa suuruusluokkaa Franki-paaluja lukuun ottamatta. Kuitenkin myös Frankipaalutuksesta aiheutuva tärinä on suunnilleen samansuuruista kuin muiden lyömällä asennettujen paalujen yhteydessä. Tämä saattaa viitata siihen, että Franki-paaluja asennettaessa ympäristön tärinä suhteessa asennusenergiaan on pienempää kuin paalun yläpäähän lyödessä. Franki-paalujen kohdalla kuvassa 4-44 havaitaan, että Bostonin kohteessa asennusenergia on yli kolmanneksen pienempi kuin Australian kohteessa, mutta silti Bostonissa mitattu tärinä on selvästi suurempaa. Tämä saattaa johtua osittain siitä, että Australian kohteessa tärinästä oli suodatettu pois yli 11Hz taajuudet, mikä voi pienentää heilahdusnopeusarvoa. Sekä Bostonin, että Australian kohteessa tärinän maksimiarvo saatiin Franki-paalutuksen loppuvaiheessa, jolloin paalun anturamaista levennysosaa nuijittiin ulos paalusta tiiviissä pohjakerrostumassa. Eri tärinäkomponenttien välisestä suuruudesta oli hieman eriäviä havaintoja. Osassa mittauksista oli pystykomponentti havaittu hallitsevaksi komponentiksi, ja osassa puolestaan pitkittäinen komponentti. Useimmissa tapauksissa eron oli kaikenlisäksi

97 todettu olevan selkeä. Phoenixin ja Vårbyn kohteet antavat viitteitä siitä, että pitkittäisen komponentin hallitsevuus liittyy tiiviiseen maaperään ja siitä aiheutuviin vaikeisiin asennusoloihin

98 5. KOKEELLISET TÄRINÄMITTAUKSET 5.1. Mittauksen periaatteita Mittalaitteisto Tärinää mitattiin VTI:n valmistamilla SCA610 kiihtyvyysantureilla. Kiihtyvyysanturin periaatteena on massan hitaus Newtonin toisen lain mukaan. Anturissa on runko ja sen sisällä massa, jonka liike runkoon nähden ilmaisee kiihtyvyyttä. Mittauksessa käytetyt anturit ovat kapasitiivisia antureita. Massa ja runko on sähköisesti eristetty toisistaan, jolloin kapasitanssi muuttuu niiden välisen etäisyyden mukaan. Tällöin kiihtyvyysanturi antaa jännitteen, joka on verrannollinen kiihtyvyyteen. Käytetyissä antureissa 1g suuruista kiihtyvyyttä vastaa 1,2V jännite. (VTI, pienkiihtyvyyden mittaus) Käytetyt kiihtyvyysanturit mittaavat yhden akselin suuntaista kiihtyvyyttä, joten yhdessä mittauspisteessä käytettiin kolmea anturia. Anturien ja maan välinen kontakti toteutettiin kulmaraudasta tehdyn maahan lyötävän tapin välityksellä. Tapit olivat noin 20cm pitkiä, ja niiden kärki oli viistetty, jotta ne voitiin lyödä maahan (Kuva 5-1). Kiihtyvyysanturit kiinnitettiin tappiin magneetin avulla pystysuuntaan, sekä kahteen vaakasuuntaan (Kuva 5-1). Toinen vaakasuunnista on säteittäinen (pitkittäinen komponentti) paaluun nähden, ja toinen tätä suuntaa vasten kohtisuora (poikittainen komponentti). Kuva 5-1: Maan ja kiihtyvyysantureiden välinen kontakti

99 Mittauksessa käytetty näytteenottotaajuus oli 1000 Hz, ja mittaus tehtiin jatkuvana koko paalun asentamisen ajan. Kiihtyvyysantureista saatu kiihtyvyydestä riippuva jännite johdettiin tiedonkeruuyksikön kautta tietokoneelle, jossa tiedon tallentamiseen käytettiin Dasylab-ohjelmaa. Ennen mittausta paalun kylkeen maalattiin mitta-asteikko metrin välein, ja mittauksen aikana paalun asennus kuvattiin videokameralla tulosten käsittelyä silmälläpitäen. Näin voitiin jälkikäteen yhdistää paalun kärjen sijainti, ja samalla hetkellä mitattu tärinä, sekä voitiin arvioida asennuksenaikaista lyöntivastusta Mittausdatan käsittely Tärinää mitattiin jatkuvana signaalina erikseen jokaisella kiihtyvyysanturilla koko paalutustapahtuman ajan. Mittapisteitä oli neljä kappaletta, joten koko mittausajalta tuloksena oli 12 samanaikaista signaalia, kolme jokaiselle mittapisteelle. Mittaustuloksia käsiteltiin FlexPro 6.0 ohjelmalla. Ensimmäisen mittauskohteen tuloksia käsiteltiin siten, että kiihtyvyyssignaalista poimittiin tarvittava määrä pisteitä, joissa heilahduskiihtyvyys integroitiin heilahdusnopeudeksi. Pisteitä poimittiin kiihtyvyyden maksimikohdista, ja pisteistä niiden väliltä siten, että heilahdusnopeusarvoja saatiin riittävästi paalutuksen eri vaiheista. Näin toimittiin, koska kiihtyvyyssignaalin integrointi ei onnistunut kerrallaan kuin muutaman sekunnin pituiselle aikavälille. Myöhemmin keksittiin keino integroida kiihtyvyyssignaali kokonaisuudessaan. Kolmen jälkimmäisen mittauskohteen tuloksia käsiteltäessä kiihtyvyyssignaalit integroitiin kokonaisuudessaan, jolloin saatiin kattavampi kuva heilahdusnopeuden vaihtelusta paalutuksen edetessä. Tällöin heilahdusnopeuden maksimit voitiin löytää suoraan, kuten myös kohdat joissa heilahdusnopeus muuttuu. Heilahduskiihtyvyys- ja heilahdusnopeussignaalien havaittiin kuitenkin olevan siinä määrin samankaltaisia, että ensimmäisen mittauskohteen tuloksia ei tulkittu uudelleen, koska oletettiin, että heilahduskiihtyvyyskuvaajasta oli mahdollista poimia heilahdusnopeuden kannalta merkitykselliset kohdat. Tärinän heilahdusnopeuden määrittämisen lisäksi ohjelmalla tutkittiin tärinän taajuutta Fourierin muunnoksen avulla. Taajuustarkastelu tehtiin kiihtyvyyssignaalista

100 5.2. Ratina, Tampere. Teräsbetonipaalujen asentaminen lyömällä Tärinämittauksia Ratinassa Tampereella tehtiin Työmaa sijaitsee kaupungin keskustan eteläosassa, Pyhäjärven rannassa. Työmaalla asennettiin kooltaan 300*300 mm 2 olevia teräsbetonisia lyöntipaaluja hydraulisella 4000 kg Junttan HHK4 lyöntijärkäleellä. Lyönnin pudotuskorkeus vaihteli asennuksen aikana mm välillä. Paalut joiden asentamisen aikana mitattiin tärinää olivat jatkettuja paaluja pituuksiltaan 11+8m (Paalu 1), 12+6m (paalu 2) ja 12+6 m (Paalu 3). Paaluja asennettiin alueen koilliskulmaan, jossa maaperä koostuu seuraavanlaisista kerroksista: Pinnassa on noin 3m paksuinen täyttökerros, jonka pintaosa on melko tiivis. Täyttökerroksen alla on noin 8m paksu löyhempi silttikerros, ja tämän alla noin 8m paksu kerros soraa. Tämän alla on tiivis, reilun metrin paksuinen pohjamoreeni ja kallio. Mittauspisteiden suuntaan mentäessä täyttö ja sorakerros ohenevat, ja kallion pinta tulee lähemmäksi maanpintaa. Kuvassa 5-2 on esitetty puristinheijarikairaus alueelta, johon tärinämittauksen aikana lyödyt paalut asennettiin. Kuva 5-2: Puristinheijarikairauspiste alueelta johon paalut asennettiin tärinämittauksen aikana. Tärinää mitattiin kolmen paalun asentamisen aikana edellisessä luvussa kuvatun mukaisesti. Mittauspisteitä oli yhteensä 4kpl, ja ne on nimetty juoksevin numeroin MP1, MP2, MP3 ja MP4. Mittauspisteiden etäisyys mittauksen aikana asennettuihin paaluihin oli 8-47m, ja niiden sijainti on esitetty tarkemmin kuvassa 5-3. Huomionarvoista on, että varsinkin lähimpien mittauspisteen kohdalla etäisyys paaluun

101 vaihteli sen mukaan, mihin kohtaan paalua asennettiin. Tämä on otettu huomioon mittauspisteen ja paalun välistä etäisyyttä arvioitaessa siten, että paalun 2 etäisyys esimerkiksi MP1:en on 8m, kun taas paalujen 1 ja 3 kohdalla vastaava etäisyys on 13m. Mittauspisteiden pitkittäinen (eli säteittäinen), ja poikittainen suunta ovat oikeita lähinnä paalu nro 2:n kohdalla. Paalujen 1 ja 3 ollessa kyseessä ei tärinän pitkittäisen ja poikittaisen komponentin suunnat ole paikkansapitäviä varsinkaan lähimmissä mittapisteissa. Tällöin vaakakomponentteja nimitetään vaakakomponentiksi 1 ja 2. Mitattujen paalujen sijainti mittauspisteisiin nähden, sekä mittapisteiden suunnat on esitetty kuvassa 5-4. Kuva 5-3: Mittauspisteiden sijainti P2 P1&P3 MP1 Kuva 5-4: Alue johon paaluja asennettiin tärinämittauksen aikana. Mittauspisteet 1 ja 2 näkyvät kuvan alalaidassa (merkitty kartioilla työmaalla). Tärinän suuruus ja vaimeneminen paalutuksen eri vaiheissa Paalutuksen aiheuttama tärinä vaihteli paalutuksen eri vaiheissa. Suurimmat tärinäarvot mitattiin paalutuksen alussa, sekä toisaalta paalun kärjen tunkeutumissyvyyden ollessa 12-14m, jolloin paalun kärki mahdollisesti saavutti sorakerroksen MP2

102 Tunkeutumissyvyydellä 12-14m kasvoi erityisesti tärinän pitkittäinen komponentti ollen tällöin selvästi suurempi kuin pystysuuntainen komponentti. Myös paalujatkoksen asentamisen jälkeen havaittiin tärinän kasvavan erityisesti pitkittäisen komponentin osalta. Kuvassa 5-5 on esitetty heilahdusnopeus komponenteittain kaikkien paalujen osalta paalun kärjen syvyyden ja paalutusvastuksen suhteen MP1:ssä. Vastaavat kuvat muista mittauspisteistä on esitetty liitteessä 2. Kuvassa 5-5 on merkitty harmaalla poikkiviivalla paalun kärjen syvyys paalujatkoksen asentamisen hetkellä. Kuva 5-5: Tärinän heilahdusnopeus ja lyöntivastus paalun kärjen syvyyden funktiona mittapisteessä MP. Lyöntivastuksen vaikutus tärinän suuruuteen käy selvästi ilmi kuvasta 5-5; suurempi vastus lisää myös tärinää. Kuitenkin syvimmissä kerroksissa tärinä vaimenee vaikka lyöntivastus kasvaa. Syynä tälle on ainakin tärinälähteen, eli paalun kärjen, etäisyyden kasvaminen mittauspisteeseen nähden, jolloin tärinäaallot yksinkertaisesti kulkevan pidemmän matkan ennen saapumistaan mittauspisteeseen. Lisäksi loppulyöntien aikana aallon iskuenergia leviää kovaan pohjaan maaperän sijaan, mikä saattaa osaltaan selittää tärinän vaimenemista paalun kärjen ollessa lähellä lopullista asennussyvyyttä. Paalujatkoksen asentaminen näyttäisi aiheuttavan tärinän, ja erityisesti tärinän pitkittäisen komponentin voimistumista. Eräs mahdollinen syy tähän voi olla se, että paalujatkos ei ole yhtä jäykkä kuin paalu itse. Tällöin paalun sivuttaisliike lyönnin aikana saattaa kasvaa, mikä tulee kysymykseen erityisesti silloin, jos lyönti on epäkeskinen. Lisäksi paalujatkoksen asentamisen jälkeen paalun maanpinnan yläpuolinen osuus on suuri, jolloin epäkeskisen lyönnin tai paalun käyryyden vaikutus

103 korostuu. Toisena mahdollisena selittävänä tekijänä on paalun ja maan välisen vastuksen hetkellinen kasvaminen paalujatkoksen kiinnittämisen aikana. Jatkoksen kiinnittäminen vie hieman aikaa, jolloin paalu on paikoillaan. Tällöin paalun ja maan välinen vastus saattaa hetkellisesti kasvaa mikä voi lisätä tärinää, kun paalutusta jatketaan. Tämän ei kuitenkaan pitäisi vaikuttaa kuin korkeintaan muutaman taukoa seuraavan lyönnin aikana, joten tästä tuskin on kyse tässä tapauksessa. Kuvissa on esitetty tärinän vaimeneminen paalutuksen eri vaiheissa komponenteittain. Paalutus on jaettu kolmeen vaiheeseen paalun kärjen syvyyden ja lyöntivastuksen perusteella: pintakerrokseen, pehmeään välikerrokseen, ja sen alla oleviin tiiviimpiin maakerroksiin. Pintakerrosta läpäistessä suurin mitattu tärinäarvo oli noin 7mm/s, 13m etäisyydellä paalusta. Paalu 2:n kohdalla lyöntivastus pinnassa oli pieni, mikä näkyy myös pienempinä tärinäarvoina kuin paalu 1:lla ja 3:lla vastaavassa vaiheessa. Paalu 2:n pintakerrosta läpäistessä mitatut tärinäarvot ovat enemmän yhteneviä pehmeän kerroksen läpäisyn aikana mitattujen arvojen kanssa. Pintakerrosta läpäistessä tärinän pystykomponentti on enimmäkseen hallitseva. (Kuva 5-6) Pintakerros 0-3m [mm/s] Paalu 1, pysty Paalu 1, vaaka 1 Paalu 1, vaaka 2 Paalu 2, pysty Paalu 2, pitkittäinen Paalu 2, poikittainen Paalu 3, pysty Paalu 3, vaaka 2 Paalu 3, poikittainen Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-6: Mitatut tärinäarvot etäisyyden funktiona paalun läpäistessä pintakerrosta, kun etäisyys paalusta mittapisteeseen on otettu vaakasuorana etäisyytenä Pintakerroksen alla oli paikoitellen hyvin pehmeäkin silttikerros. Kaikkien paalujen asennuksen aikana lyöntivastus pienentyi huomattavasti läpäistessä tätä kerrosta, paalu 3 painui jopa lyömättä joitain metrejä. Myös aiheutunut tärinä oli selvästi pienempää kuin pintakerrosta läpäistessä. Pehmeää kerrosta läpäistessä tärinä oli enimmäkseen pystysuuntaista. (Kuva 5-7)

104 [mm/s] Pehmeä kerros 2-9m Lyöntivastus alle 20 lnt/0,5m Paalu 1, pysty Paalu 1, vaaka 1 Paalu 1, vaaka 2 Paalu 2, pysty Paalu 2, pitkittäinen Paalu 2, poikittainen Paalu 3, pysty Paalu 3, vaaka 1 Paalu 3, vaaka Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-7: Mitatut tärinäarvot etäisyyden funktiona paalun läpäistessä pehmeää kerrosta, kun etäisyys paalusta mittapisteeseen on otettu vaakasuorana etäisyytenä Pehmeän kerroksen alla olevia tiiviimpiä kerroksia läpäistessä tärinä lisääntyi jälleen. Suurimmat tärinäarvot mitattiin tunkeutumissyvyyden ollessa 12-14m, tällöin pitkittäinen komponentti oli selvästi pystysuuntaista komponenttia suurempi MP1:ssä kaikkien paalujen kohdalla. (Kuva 5-8) [mm/s] Alemmat kerrokset 9-19m Lyöntivastus lnt/0,5m Paalu 1, pysty Paalu 1, vaaka 1 Paalu 1, vaaka 2 Paalu 2, pysty Paalu 2, pitkittäinen Paalu 2, poikittainen Paalu 3, pysty Paalu 3, vaaka 1 Paalu 3, vaaka Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-8: Mitatut tärinäarvot etäisyyden funktiona paalun läpäistessä alempia tiiviitä kerroksia, kun etäisyys paalusta mittapisteeseen on otettu vaakasuorana etäisyytenä. Tärinän taajuus paalutuksen eri vaiheissa Taajuustarkastelu tehtiin paalun 3 asentamisen aiheuttamalle tärinälle mittapisteissä MP1 ja MP3. Tarkastelussa paalutus jaettiin kolmeen edellisen tarkastelun mukaiseen vaiheeseen, joiden lisäksi tarkasteltiin loppulyöntien aikaisen tärinän taajuutta. Taajuustarkastelu tehtiin pystykomponentin osalta kaikissa edellä mainituissa vaiheissa

105 Vaakasuuntaisten komponenttien osalta taajuutta on tarkasteltu pintakerroksen, sekä tiiviin kerroksen läpäisyn aikana. Paalutuksen alussa tärinän hallitseva taajuus pystykomponentille on 8-12 Hz lähellä paalua (MP1). Kauemmassa mittapisteessä (MP3) taajuusjakauma on suppeampi, selkeän hallitsevan taajuuden ollessa 12Hz. (Kuva 5-9) Pehmeässä kerroksessa hallitsevat taajuudet ovat suunnilleen samat kuin pintakerrosta läpäistessä. Taajuusjakauma on kuitenkin laajempi, ja epäsäännöllisempi. (Kuva 5-10) Kuva 5-9: Tärinän pystykomponentin taajuusjakauma paalun läpäistessä pintakerrosta. Vasemmalla MP1, oikealla MP3. Kuva 5-10: Tärinän pystykomponentin taajuusjakauma paalun läpäistessä pehmeää kerrosta. Vasemmalla MP1, oikealla MP3. Tiiviimpiä kerroksia läpäistessä tärinän taajuus lähellä paalua on suurempi, ja lisäksi hallitsevien taajuuksien jakauma on laajempi. Hallitsevat taajuudet ovat 7-20Hz, jossa suurin taajuuspiikki on 18Hz kohdalla. Etäämmällä paalusta hallitseva taajuus on selkeästi matalampi, noin 12Hz. (Kuva 5-11) Kuva 5-11: Tärinän pystykomponentin taajuusjakauma paalun läpäistessä alempia tiiviitä kerroksia. Vasemmalla MP1, oikealla MP

106 Loppulyöntien aikana taajuusjakauma MP1:ssä on hajaantuneempi kuin muissa tarkastelluissa tapauksissa. Hallitsevan taajuuden piikkejä on 8Hz, 19Hz ja 30Hz kohdilla. Kauemmassa mittauspisteessä taajuusjakauma on hieman selkeämpi hallitsevan taajuuden ollessa 19Hz.(Kuva 5-12) Kuva 5-12: Tärinän pystykomponentin taajuusjakauma loppulyöntien aikana. Vasemmalla MP1, oikealla MP3. Tärinän vaakasuuntaisten komponenttien taajuusjakaumaa tarkasteltiin MP1:ssä ja MP3:ssa pintakerroksen ja tiiviin kerroksen läpäisyn aikana. Pitkittäisen ja poikittaisen tärinän taajuusjakauma ei tarkastelluissa tilanteissa poikennut merkittävästi pystysuuntaisen tärinän jakaumasta. Tärinän taajuusjakauma vaakakomponenttien osalta on esitetty liitteessä Viiala. Pieniläpimittaisten teräsputkipaalujen asentaminen Tärinämittaus Viialassa tehtiin Kohde oli omakotitalotyömaa, jossa perustusratkaisuna oli pienet teräsputkipaalut. Maaperä alueella ennen rakentamista tehtyjen pohjatutkimusten mukaan koostuu seuraavanlaisista kerroksista: Pinnassa on turvekerros, jonka alla on 2,2-2,8 m paksu laihan saven kuivakuorikerros. Tämän alla on pehmeä lihavan saven ja liejusaven kerrostuma, joka ulottuu 5,3-7,5m syvyyteen alkuperäisestä maanpinnasta. Saven suljettu leikkauslujuus on yli 7kN/m 2. Saven alla alkaa karkeampi kivinen kerros, johon paalut pysähtyvät. On mahdollista, että osa paaluista tavoittaa kallion. (Insinööritoimisto Tamgeo 2007) Ennen paalutustyötä oli pintaan tuotu kerros murskemateriaalia, kerroksen paksuudesta ei ole tietoa. Kuvassa 5-13 on esitetty alueen pohjaolosuhteet

107 Kuva 5-13: Kuvaus alueen pohjaolosuhteista Asennettavat paalut olivat maakärjellä varustettuja, halkaisijaltaan 90 ja 115mm olevia jatkettuja teräsputkipaaluja. Jatkostyyppi oli kiinteä ulkoinen holkkijatkos. Paalujen arvioitu tunkeutumissyvyys vaihteli 5,7-8m välillä. Paalut asennettiin Hydraram SG800 hydraulivasaralla, jonka nimellisenergiaksi valmistaja ilmoittaa 2035 Nm per lyönti, ja iskutaajuudeksi iskua minuutissa (7,7-10,5 Hz) (Hydra Ram, 2008). Tärinää mitattiin neljässä mittauspisteessä MP1, MP2, MP3 ja MP4 mittausetäisyyksien vaihdellessa välillä 2-21 m. Paaluja asennettiin mittauksen aikana yhteensä 9 kpl, joista kuusi on otettu tässä lähempään tarkasteluun. Tarkasteltavista paaluista neljä on nimellishalkaisijaltaan 115mm, joista kolmen seinämäpaksuus on 6,3mm ja yhden 8mm. Kaksi tarkasteltavista paaluista on nimellishalkaisijaltaan 90mm seinämäpaksuuden ollessa 6,3mm. Mittauspisteet sijoitettiin asennettavien paalujen keskelle, jotta ne saatiin riittävän lähelle paaluja. Tämän haittapuolena oli se, että mittapisteiden sijainti, erityisesti mittauskulma, eri paaluihin nähden on hyvin erilainen. Paalujen ja mittapisteiden sijainti on esitetty kuvissa 5-14 ja Kuva 5-14: Paalujen sijainti mittapisteisiin nähden

108 Kuva 5-15: Paalutusalue. Kuvaan merkattu mittauspisteiden likimääräinen sijainti, ja paalunumerot mitattujen paalujen osalta siltä osin kun ne näkyvät kuvassa. Anturit kiinnitettiin kulmaraudasta tehdyn tapin välityksellä pinnan murskekerrokseen. Kerros ei ollut kovin tiivis, mutta tappien ja murskekerroksen välinen kontakti oli kuitenkin suhteellisen hyvä, eikä mittauksen aikana havaittu tappien heilumista, joka olisi vääristänyt mittaustuloksia. Mittaussuunta valittiin siten, että mittapistelinjan suuntainen komponentti on vaakasuunta 1 ja tätä suuntaa vasten kohtisuora komponentti vaakasuunta 2. Tässä kohteessa vaakakomponentteja ei voida määrittää yksiselitteisesti pitkittäiseksi ja poikittaiseksi komponentiksi, sillä asennettavien paalujen suunta mittauspisteeseen nähden on hyvin erilainen eri paaluilla. Taulukkoon 5-1 on kirjattu paalujen etäisyydet mittapisteisiin, sekä merkitty mikä vaakasuunta on pitkittäinen, jos sellainen on voitu selkeästi määrittää. Muuten vaakasuuntaista tärinää tarkastellaan tässä vaakakomponentteina 1 ja 2. Lisäksi taulukkoon on merkitty kunkin paalun koko. Taulukko 5-1: Paalujen tyypit ja etäisyydet mittauspisteisiin, sekä paalu- ja mittauspistekohtaiset vaakakomponenttien suunnat. etäisyydet mittapisteille paaluittain [m] MP1 MP2 MP3 MP4 P16 RR115/6, ,6 18,1 P7 RR115/6,3 2,6 7,2 12,7 18,2 P8 RR115/6,3 4,8 4 8,9 14,4 Vaakasuunta 2 = pitkittäinen P17 RR115/8 7,5 2,2 6,1 11,5 Vaakasuunta 1 = pitkittäinen P9 RR90 7,1 3 6,4 11,7 P21 RR ,3 8,7 3,

109 Tärinän suuruus ja vaimeneminen paalutuksen eri vaiheissa Paalujen asennus tapahtui hyvin nopeasti, ja pehmeä kerros paalutuksen alussa voitiin läpäistä ilman lyöntejä. Asennuksen alkuvaiheessa, jossa tunkeutuminen tapahtui puristamalla, ei juuri syntynyt mitattavissa olevaa tärinää vaikka lähimmät mittapisteet olivat muutaman metrin etäisyydellä paalusta. Tässä vaiheessa mitettu tärinä jätettiin kokonaan huomioimatta. Siinä vaiheessa, kun paalun lyöminen alkoi, oli tärinä kuitenkin selkeää. Suurin heilahdusnopeuden arvo oli yli 10 mm/s ja se mitattiin 2 m etäisyydellä paalusta. Mitatussa tärinäsignaalissa oli paikoitellen havaittavissa häiriöitä. Näissä kohdissa tärinäarvo pyrittiin tulkitsemaan oikeaksi jos mahdollista, tai vaihtoehtoisesti tulos jätettiin kokonaan huomioimatta jos todellinen tärinäarvo ei ollut tulkittavissa. Kuvassa 5-16 on esitetty paalutuksen aiheuttama tärinä paalun kärjen syvyyden suhteen paalun 9 kohdalla kahdessa lähimmässä mittapisteessä. Muiden paalujen ja mittapisteiden osalta vastaavat kuvat on esitetty liitteessä 2. Eri paalujen kuvaajat ovat keskenään hyvin samankaltaisia, kun otetaan huomioon se, että lyöntien alkamissyvyys vaihtelee. Tyypillistä kaikkien paalujen asennuksen aiheuttamalle tärinälle on, että suurimmat tärinäarvot saadaan välittömästi lyöntien alettua, minkä jälkeen tärinä vaimenee kun paalun kärjen syvyys kasvaa. Tärinän pystykomponentti ja pitkittäinen komponentti ovat hallitsevia lähellä paalua. Kauemmissa mittauspisteissä komponenttien väliset erot tasoittuvat. Kuva 5-16: Tärinän heilahdusnopeus ja lyöntivastus kärjen syvyyden funktiona paalun 9 kohdalla etäisyyksillä 3m ja 7,1m

110 Lyöntien aloitusvaihe oli selvästi kriittisin syntyvän tärinän kannalta vaikka paalujen lyöminen alkoi vasta paalun kärjen tunkeuduttua useita metrejä. Tärinän suuruus lyöntien alkuvaiheessa eri paalujen kohdalla kuitenkin vaihtelee melko paljon. Syitä tähän on ainakin maaperäolosuhteiden hienoinen vaihtelu, sekä lyöntien aloitus eri syvyydellä. Tärinä vaimenee syvyyden kasvaessa. Tämän mittauksen perusteella lyöntivastuksen vaikutusta syntyvään tärinään on vaikea arvioida. Ensinnäkin vastuksen arvioiminen videolta on melko hankalaa ja epätarkkaa, koska paalut tunkeutuivat niin nopeasti. Toiseksi lyöntivastus on pieni lähes koko paalutuksen ajan, kunnes paalut kärki kohtasi tiiviit pohjakerrokset joissa vastus muuttui suureksi. Joidenkin paalujen kohdalla pehmeiden kerrosten alla oli lähes välittömästi vastassa kalliopinta. Näin ollen kunnon vertailua syntyvän tärinän ja lyöntivastuksen välillä ei voida tehdä. Tärinän vaimenemista tarkasteltiin erikseen lyöntien alussa ja toisaalta syvemmissä kerroksissa, joissa lyöntivastus kasvaa. Alkuvaiheeksi on määritetty yksinkertaisesti lyöntien aloitus. Kaikkien paalujen kohdalla ensimmäinen paalun osa asennettiin puristamalla, ja lyöminen aloitettiin paalujatkoksen asentamisen jälkeen. Tiiviimmät kerrokset on määritetty lyöntivastuksen ja videolla silminnähden havaittavan maakerroksen tiivistymisen perusteella, mikä tässä tapauksessa tapahtui paalusta riippuen kärjen syvyyden ollessa 6,5-7,5 metriä. Mitatut tärinäarvot etäisyyden suhteen on esitetty lyöntien alkuvaiheen osalta kuvassa 5-17 ja tiiviimpien kerrosten osalta kuvassa Paalut on ryhmitelty kuviin yksittäisten paalujen sijaan paalun koon perusteella, jolloin voidaan helposti tarkastella mahdollista paalun koon vaikutusta syntyvään tärinään. Lyöntien alkuvaiheessa tärinän pitkittäissuuntainen heilahdusnopeus oli suurimmillaan lähes 11mm/s, kun vaakasuuntainen etäisyys paalusta oli 2m. Suurin mitattu tärinän pystykomponentti oli 7,5 mm/s, ja se havaittiin myös 2 m etäisyydellä asennettavasta paalusta. Molemmat näistä mitattiin asennettaessa RR 115/6,3 kokoista paalua. Kahden muun paalukoon asennuksen aikainen tärinä näyttää kuvan 5-17 perusteella olevan aavistuksen verran vähäisempää. Edellä mainittua suurinta mitattua tärinäarvoa lukuun ottamatta oli tärinän pystykomponentti pääosin hallitseva lyöntien alkuvaiheessa

111 [mm/s] lyöntien alkuvaihe RR90, pysty RR90, vaaka1 RR90, vaaka2 RR115/6,3 pysty RR115/6,3, vaaka1 RR115/6,3, vaaka2 RR115/8, pysty RR115/8, vaaka1 RR115/8, vaaka Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-17: Mitatut heilahdusnopeuden arvot vaakasuoran etäisyyden funktiona lyöntien alkuvaiheessa. Syvemmällä olevissa tiiviissä kerroksissa mitattu tärinä on selvästi lyöntien aloitusvaiheessa mitattua tärinää pienempää. Myös komponenttien väliset erot tasoittuvat, siten että eri komponentit ovat kutakuinkin samansuuruisia, tosin lähellä paalua pitkittäinen komponentti on hallitseva. Eri paalukokojen välillä ei kuvan 5-18 perusteella ole havaittavissa eroja. [mm/s] tiivis kerros RR90, pysty RR90, vaaka1 RR90, vaaka2 RR115/6,3, pysty RR115/6,3, vaaka1 RR115/6,3, vaaka2 RR115/8, pysty RR115/8, vaaka1 RR115/8, vaaka Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-18: Mitatut heilahdusnopeuden arvot vaakasuoran etäisyyden funktiona paalun kärjen ollessa tiiviissä pohjakerroksessa. Paalukoon selkeää, systemaattista vaikutusta syntyvään tärinään ei tämän mittauksen perusteella voitu havaita, mikä oli odotettavissa, koska paalujen väliset kokoerot olivat melko pieniä. Lisäksi aineisto on kovin suppea, jotta paalukoon vaikutuksesta voitaisiin tehdä johtopäätöksiä. Eri paalutyyppien asennuksenaikainen tärinä poikkesi kuitenkin jonkun verran toisistaan: Kuvan 5-17 perusteella näyttäisi, että lyöntien alkuvaiheessa

112 suurin paalu, RR115/8, aiheuttaa kaikkein vähiten tärinää, kun taas paalutyypin RR115/6,3 asennuksen aikana mitatut tärinäarvot ovat systemaattisesti suurimpia. RR90 paalujen asennuksesta aiheutuva tärinä oli hiukan RR115/6,3 paalutyypin aiheuttamaa tärinää pienempää. Kuitenkaan kuvan 5-18 mukaan tiiviissä kerroksissa vastaavaa eroa ei ole enää samalla tavalla havaittavissa. Eri paalutyyppien asentamisen aikana syntyneen tärinän erot ovat tässä tapauksessa luultavasti pääosin riippuvaisia maaperäolosuhteiden hienoisesta vaihtelusta, sekä asennukseen liittyvistä tekijöistä, kuten paalun suoruudesta ja lyönnin epäkeskisyydestä. Tärinän taajuus paalutuksen eri vaiheissa Tärinän taajuutta tutkittiin paalun 9 asentamisen aikaisesta tärinästä mittapisteissä MP2 ja MP4. Paalu sijainti mainittuihin mittapisteisiin nähden on sellainen, että vaakakomponentteja voidaan tarkastella pitkittäisenä ja poikittaisena komponenttina ilman suurta virhettä. Lähimmässä mittauspisteessä pitkittäinen ja poikittainen komponentti ovat oikean suuntaisia, mutta kauemmassa mittauspisteessä vaakasuunnat eivät todellisuudessa pidä ihan paikkansa, virhekulma on noin 15 astetta. Tärinän taajuusjakauman havaittiin vaihtelevan paalutuksen eri vaiheissa siten, että lyöntivaiheen alussa hallitseva taajuus oli pienempi (noin 30 Hz) kuin paalutuksen loppupuolella kun läpäistiin tiiviitä maakerroksia. Tiiviiden kerrosten läpäisyssä, ja loppulyöntien aikana tärinän taajuusjakauma oli lisäksi hajautuneempi, hallitsevien taajuuksien vaihdellessa pääasiassa välillä Hz, mutta myös tätä suurempien ja pienempien taajuuksien osuus oli paikoitellen merkittävä. Tärinän taajuus tiiviin kerroksen läpäisyn ja loppulyöntien osalta on esitetty liitteessä 2. Lyöntivaiheen alussa mitatun tärinän taajuusjakaumat pitkittäiselle ja pystykomponentille ovat keskenään huomattavan samankaltaisia. Tämä pätee sekä lähimmässä, että kauimmaisessa mittauspisteessä mitattuun tärinään. Lähimmässä mittauspisteessä hallitseva taajuus molemmissa mittauspisteissä on noin 30 Hz. Hallitsevan taajuuden voidaan havaita olevan pystykomponentin osalta kauemmassa mittauspisteessä hiukan tätä pienempi, kuin taas pitkittäisen komponentin kohdalla tärinän taajuus säilyy suunnilleen samana. (Kuvat 5-19 ja 5-20)

113 Kuva 5-19: Pystykomponentin taajuusjakauma lyöntien alkuvaiheessa, paalu 9. Vasemmalla MP2 (etäisyys=3m), oikealla MP4 (etäisyys 11,7m) Kuva 5-20: Pitkittäisen komponentin taajuusjakauma lyöntien alkuvaiheessa, paalu 9. Vasemmalla MP2 (etäisyys=3m), oikealla MP4 (etäisyys 11,7m) Tärinän poikittaiskomponentin taajuusjakauma poikkeaa selvästi kahdesta muusta komponentista. Paalutuksen alussa jakauma on hyvin hajanainen, eikä siinä ole kovin selkeää hallitsevaa taajuutta. Pääasiallinen taajuus on kuitenkin havaittavissa välillä Hz, josta suurin piikki on noin 65 Hz kohdalla. Kauemmassa mittauspisteessä taajuusjakauma on selkeämpi, ja hieman samankaltainen kuin pysty- ja pitkittäiskomponentilla, hallitsevan taajuuden ollessa kuitenkin hiukan suurempi, noin 40 Hz. (Kuva 5-21) Kuva 5-21: Poikittaisen komponentin taajuusjakauma lyöntien alkuvaiheessa, paalu 9. Vasemmalla MP2 (etäisyys=3m), oikealla MP4 (etäisyys 11,7m)

114 5.4. VT 6, Lappeenranta. Suuriläpimittaisten teräsputkipaalujen asentaminen Tärinämittaus Lappeenrannassa VT6 siltatyömaalla suoritettiin Mittauskohteena oli Montolan risteyssilta, jossa asennettiin suuriläpimittaisia jatkettuja teräsputkipaaluja. Paaluja asennettiin sillan tukien kohdalle. Mittauksen aikana asennettiin kahden paalun ensimmäinen 12 m pitkä osa: Toinen asennetuista paaluista (Paalu 1) oli halkaisijaltaan 711 mm ja toinen (Paalu 4) 813 mm. Paalut oli varustettu kalliokärjellä. Asennuslaitteena käytettiin Junttan HHK4 hydraulista lyöntijärkälettä, jonka paino on 4000kg. Järkäleen pudotuskorkeus vaihteli paalutuksen aikana, ollen maksimissaan 1,0m paalun 1 kohdalla, ja 1,2m paalun 4 kohdalla. Käytetyt pudotuskorkeudet paalun tunkeutumissyvyyden mukaan on esitetty taulukossa 5-2. Taulukko 5-2: Paalujen lyönnissä käytetyt järkäleen pudotuskorkeudet. pudotuskorkeus [m] Kärjen syvyys [m] Paalu 1 Paalu 4 1 0,2 0,2 2 0,2 0,2 3 0,4 0,4 4 0,6 1,0 5 1,0 1,0 6 1,0 1,2 7 1,0 1,2 8 1,0 1,2 9 1,0 1,2 10 1,0 1,2 11 1,0 1,2 Maaperä alueella on koostuu suurimmaksi osaksi hiekasta ja siltistä. Yli 10m syvyydellä on myös joitain ohuita savikerroksia, mutta mittauksen aikana paalujen tunkeutumisalueella maaperä on pääosin hiekkaa. Maakerrokset ovat melko tiiviitä. Kallionpinta on noin 20m syvyydellä, ja pohjavedenpinta on 2 m syvyydellä maanpinnasta. Kuvassa 5-22 on esitetty alueen pohjaolosuhteet mitattujen paalujen lähellä. Paalujen lyönti aloitettiin arviolta tasolta

115 +95 Paalu 1 Paalu Kuva 5-22: Alueen pohjaolosuhteet. Paalu 1 lähellä leikkausta, paalu 4 leikkauksen takana Mittapisteitä oli neljä, joista jokaisessa mitattiin tärinää kolmen komponentin suuntaisesti. Mitta-anturit asennettiin viereisen sillan alle, koska työmaalla ei ollut tilaa asentaa antureita muualle. Sillan alla oli kerros murskesoraa, johon antureiden kiinnitystapit asennettiin. Paalun 4 lyömisen aikana MP1 siirrettiin lähemmäksi paalua, jolloin se siirtyi pois murskekerroksen alueelta, ja se kiinnitettiin tapin välityksellä hiekkamaahan. Etäisyys mittapisteiden ja mittauksen aikana asennettujen paalujen välillä oli 7 33 metriä. Kuvissa 5-23 ja 5-24 on esitetty mittapisteiden sijainti paaluihin nähden, sekä mittaussuunnat. Kuva 5-23: Paalujen sijainti mittapisteisiin nähden

116 Kuva 5-24: Paalutusalue. Kuvaan merkitty mittapisteiden ja paalujen likimääräinen sijainti Tässä kohteessa mitattiin heilahduskiihtyvyyden lisäksi tärinän heilahdusnopeutta geofoneilla. Geofonit asetettiin samoihin kohtiin kiihtyvyysantureiden kanssa mittapisteille MP1a, MP2, MP3, MP4. Geofoneja ei siirretty mittauksen aikana. Vaakakomponentteja nimitetään pitkittäiseksi ja poikittaiseksi komponentiksi niiltä osin, kuin tämä pitää paikkansa, muuten vaakakomponentteja nimitetään vaakakomponentiksi 1 ja 2. Taulukossa 5-3 on esitetty paalujen ulkohalkaisija, sekä paalujen etäisyydet mittapisteisiin. Lisäksi taulukkoon on merkitty paalukohtaisesti mittapisteet, joissa vaakakomponentit on voitu määrittää pitkittäiseksi ja poikittaiseksi komponentiksi. Taulukko 5-3: Paalujen koko ja etäisyys mittapisteisiin, sekä mittauspisteiden suunnat etäisyydet mittapisteille paaluittain [m] MP1a MP2 MP3 MP4 MP1b Paalu mm Vaaka 1 = pitkittäinen Paalu mm Tärinän suuruus ja vaimeneminen paalutuksen eri vaiheissa Mittauksen aikana asennettiin paalun ensimmäinen osa kahteen eri paaluun, jolloin saavutettu tunkeumasyvyys oli noin 11m kummankin paalun kohdalla. Paalujen jatkososan asentamisen aikaista tärinää ei päästy mittaamaan. Paalun asennus, erityisesti paalun 4 kohdalla, oli hidasta. Suurimmat mitatut tärinäarvot saatiin mittapisteeltä MP1b, eli mittapisteeltä 1 sen jälkeen, kun se siirrettiin lähemmäs asennettavaa paalua. MP1:n siirtäminen lähemmäs paalua tapahtui paalu 4 asentamisen aikana, tunkeutumissyvyyden ollessa hieman alle 4m. Poiketen aiemmista mittauksista, tässä mittauksessa tärinä oli pientä paalutuksen alkuvaiheessa. Tämän jälkeen tärinä kasvoi paalun tunkeuman, ja paalutusvastuksen kasvaessa. Paalutuksen loppuvaiheessa tärinä pieneni jälleen lähimmissä mittapisteissä,

117 kun taas kauempana paalusta mitattu tärinä säilyi suunnilleen samansuuruisena tunkeuman ollessa 6-12 m. Kuvassa 5-25 on esitetty tärinän heilahdusnopeus ja lyöntivastus paalun tunkeutumissyvyyden funktiona paalun 4 kohdalla mittapisteissä MP2 ja MP4. Muiden mittapisteiden, sekä paalun 1 osalta vastaavat kuvat on esitetty liitteessä 2. Kuva 5-25: Tärinän heilahdusnopeus ja lyöntivastus kärjen syvyyden funktiona paalun 4 kohdalla etäisyyksillä 13m ja 25m. Kuvista voidaan havaita tärinän suuruuden vaihtelu paalutusvastuksen mukaan: Paaluvastuksen kasvaessa lisääntyy myös ympäristön tärinä. Myös järkäleen pudotuskorkeuden vaihtelun vaikutus syntyvään tärinään on hyvä huomioida, pudotuskorkeudet tunkeutumissyvyyden mukaan on esitetty taulukossa 5-2. Lähellä paalua pitkittäinen komponentti on selvästi hallitseva, kauempana komponenttien väliset erot tasoittuvat. Tämä johtuu kuitenkin osittain siitä, että kauemmissa mittapisteissä toinen vaakakomponentti ei ole suunnattu paalua kohden, joten suoraa johtopäätöstä komponenttien välisistä suuruuksista kauemmissa mittapisteistä ei voida tehdä. Suurimmat mitatut tärinäarvot olivat yli 60 mm/s, ja ne mitattiin pitkittäiselle komponentille 7m etäisyydellä paalusta. Vastaavassa pisteessä suurin arvo pystykomponentille oli noin 20 mm/s, ja poikittaiselle vaakakomponentille 14 mm/s. Kauemmissa mittauspisteissä saatujen mittaustulosten perusteella tärinä on jonkin verran suurempaa paalun 4 asennuksen aikana. Tämä oli odotettavissa, sillä kyseisen

118 paalun kohdalla sekä lyöntivastus, että käytetty pudotuskorkeus olivat suurempia. Lähietäisyydellä vertailua paalujen välillä ei voida tehdä, sillä paalun 1 asennuksen aikana lähin mittapiste oli 17m etäisyydellä, toisin kuin paalua 4 asennettaessa, jolloin mittapiste oli sekä 7m että 13m etäisyydellä. Vaimenemista tarkasteltaessa paalutus jaettiin kahteen osaan, joista ensimmäinen kattaa tunkeutumissyvyydet 0-4 m ja toinen paalutuksen loppuosan. Jako tehtiin järkäleen pudotuskorkeuden ja lyöntivastuksen perusteella. Kuvissa 5-26 ja 5-27 on esitetty tärinän vaimeneminen etäisyyden funktiona erikseen paalutuksen alku- (tunkeutumissyvyys 0-4m) ja loppupuoliskolle (tunkeutumissyvyys 4-11m). Tulokset on esitetty molemmissa tapauksissa vaakasuuntaisen etäisyyden suhteen. [mm/s] Paalutuksen alkuosa, kärjen syvyys 0-4m Paalu 1, pysty Paalu 1, vaaka1 Paalu 1, vaaka2 Paalu 4, pysty Paalu 4, vaaka1 Paalu 4, vaaka Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-26: Mitattu tärinä vaakaetäisyyden suhteen paalutuksen alkuosassa. [mm/s] Paalutuksen loppuosa, kärjen syvyys 4-11 m Paalu 1, pysty Paalu 1, vaaka1 Paalu 1, vaaka2 Paalu 4, pysty Paalu 4, vaaka1 Paalu 4, vaaka Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-27: Mitattu tärinä vaakaetäisyyden suhteen paalutuksen loppuosassa

119 Vertailumittaus geofoneilla Mittauskohteessa mitattiin tärinää myös geofoneilla, jotta voitiin verrata tässä tutkimuksessa käytetyn heilahduskiihtyvyyttä mittaavan menetelmän ja geofoneilla mitattujen heilahdusnopeuksien eroja. Mittauksen geofoneilla teki Kivi- ja Maa-asia Valtonen Ky. Mittaustapa menetelmissä on käytettyjen antureiden lisäksi hieman erilainen. Kiihtyvyysantureilla mitattiin jatkuvaa kiihtyvyyssignaalia, joka myöhemmin integroitiin, jolloin saatiin jatkuva heilahdusnopeussignaali. Geofoneilla tärinää mitattiin puolestaan siten, että mittauksesta talletettiin viiden sekunnin välein kyseisenä aikana mitattu maksimiarvo. Kuvissa on esitetty kummallakin menetelmällä saadut tärinäarvot heilahdusnopeuksina mittapisteissä MP2 ja MP3. 0 Paalu 1, MP2 Heilahdusnopeus mm/s Paalu 4, MP2 Heilahdusnopeus mm/s tunkeutumissyvyys Pysty, geof. Vaaka1, geof. Vaaka2, geof. Pysty, kiiht. Vaaka1, kiiht. Vaaka2, kiiht. tunkeutumissyvyys Kuva 5-28: Geofoneilla ja kiihtyvyysantureilla mitattu tärinä mittapisteessä MP2. Vasemmalla paalu 1, oikealla paalu 4. Paalu 1, MP3 Paalu 4, MP3 tunkeutumissyvyys Heilahdusnopeus mm/s Pysty, geof. Vaaka1, geof. Vaaka2, geof. Pysty, kiiht. Vaaka1, kiiht. Vaaka2, kiiht. tunkeutumissyvyys Heilahdusnopeus mm/s Kuva 5-29: Geofoneilla ja kiihtyvyysantureilla mitattu tärinä mittapisteessä MP3. Vasemmalla paalu 1, oikealla paalu 4. Kuvista nähdään, että mitatun tärinän vaihtelu on menetelmästä riippumatta melko samanlaista. Kuitenkin suuruuseroja ilmenee; geofoneilla mitatessa saadaan

120 systemaattisesti suurempia tärinäarvoja. Ero vaikuttaisi olevan sitä suurempi, mitä suuremmasta tärinästä on kyse. Selkeää syytä kyseiselle erolle ei löydetty. Kiihtyvyysantureiden mittausalue on (+- )1,7g, mikä on riittävä suoritettuihin mittauksiin. Anturien mittaama taajuusalue ulottuu 50(+-)30 Hz saakka, mikä ei myöskään selitä mittauksessa syntynyttä eroa. Käytetty näytteenottotaajuus molemmissa mittausmenetelmissä oli lähestulkoon sama, noin 1000 Hz. Tärinän taajuus paalutuksen eri vaiheissa Tärinän taajuutta tarkasteltiin paalun 4 asentamisen aikaisesta tärinästä. Taajuustarkastelu tehtiin aivan paalutuksen alkuvaiheesta (tunkeutumissyvyys noin 2m), jossa lyöntitaajuus oli tiheämpi ja iskun pudotuskorkeus pienempi kuin myöhemmin paalutuksen aikana, sekä paalutuksen keskivaiheilta (tunkeutumissyvyys noin 7,5m), jonka kaltaisena tärinä säilyi paalutuksen loppuun saakka. Alkuvaiheen osalta taajuutta tarkasteltiin mittapisteissä MP2 ja MP4, ja loppuvaiheen osalta mittapisteissä MP1, MP2 ja MP4. Mittapisteet MP1 ja MP2 sijaitsevat paaluun nähden siten, että niiden vaakakomponentit voidaan määrittää pitkittäiseksi ja poikittaiseksi komponentiksi. Tärinän taajuusjakauma pystykomponentin ja vaakakomponentin 1 osalta paalutuksen keskivaiheilla, jossa tärinä oli suurimmillaan, on esitetty kuvissa Vastaavat kuvat vaakakomponentista 2, sekä paalutuksen alkuvaiheesta on esitetty liitteessä 2. Tärinän taajuusjakauma on selvästi suppeampi paalutuksen alussa, kuin paalutuksen keskivaiheilla. Alkuvaiheen taajuusjakauma on kaikilla etäisyyksillä kaikkien komponenttien osalta keskittynyt välille 0-60 Hz. Pystykomponentin hallitseva taajuus on 30 Hz, vaakakomponenteilla hallitsevia taajuuksia ovat mm 15, 20 ja 35 Hz. Paalutuksen keskivaiheilla taajuusjakauma sisältää sen sijaan paljon myös suurempia taajuuksia. Pystykomponentin hallitseva taajuus on etäisyydestä riippumatta noin Hz, vaakakomponentille ei kovin selkeää hallitsevaa taajuutta voida määrittää. Eri etäisyyksillä määritetyt taajuusjakaumat ovat pääpiirteittäin keskenään samankaltaisia. Eniten eroa on kahden lähimmän mittauspisteen ja kauimmaisen mittauspisteen välillä: Vaakakomponentilla 1 on mittapisteessä MP4 selvästi suppeampi taajuusjakauma, kuin kahdessa lähemmässä mittapisteessä. Taajuusjakauma tässä mittauskohteessa on kaikenkaikkiaan laaja verrattuna esimerkiksi Ratinan mittauksiin

121 Kuva 5-30: Tärinän taajuus mittapisteessä MP1 (Etäisyys 7m) paalutuksen keskivaiheilla, Paalu 4. Vasemmalla pystykomponentti, oikealla pitkittäinen komponentti. Kuva 5-31: Tärinän taajuus mittapisteessä MP2 (Etäisyys 13m) paalutuksen keskivaiheilla, Paalu 4. Vasemmalla pystykomponentti, oikealla pitkittäinen komponentti. Kuva 5-32: Tärinän taajuus mittapisteessä MP4 (Etäisyys 25m) paalutuksen keskivaiheilla, Paalu 4. Vasemmalla pystykomponentti, oikealla vaakakomponentti

122 5.5. Yliopistonrinne, Tampere. Pontin asentaminen täryttämällä Tärinämittaus Tampereen yliopiston läheisellä työmaalla suoritettiin Kohteessa asennettiin ponttiseinää joka muodostuu Larssen 603 ponteista. Pontit asennettiin RTG MR 105V-01 täryttimellä, jolle valmistajan ilmoittama maksimitaajuus on 38 Hz, ja teho 380 kw. Yhteensä kahden pontin asentamisen aikaista tärinää mitattiin. Kuva 5-33: Maakerrokset alueelta johon pontteja asennettiin. Maaperä alueella koostuu seuraavista kerroksista. Pinnassa on noin 4m syvyyteen ulottuva moreeninen täyttökerros jossa on kiviä. Tämän alla on noin 5m paksu melko löyhä silttikerros (q c n. 2-8MPa), jonka alla on keskitiivistä hiekkaa (N20 n ) ainakin 20 m syvyyteen, johon kairaus on päätetty. Maaperäolosuhteet ponttien asennuskohdassa on esitetty kuvassa Ponttien asennuspaikka oli korkean penkereen päällä, mikä osaltaan saattaa vaikuttaa tärinäaaltojen taittumiseen ja heijastumiseen (Kuva 5-34)

123 Kuva 5-34: Ponttien asennuspaikka penkereen päällä. Tärinää mitattiin neljässä Mittapisteessä, joista mittapiste MP3 siirrettiin etäämmälle ensimmäisen pontin asentamisen aikana, kyseisen pontin tunkeutumissyvyyden ollessa noin 10m. Mittapisteet asetettiin siten, että MP1 sijoitettiin kohtisuorasti ponttiseinää vasten lähelle asennettavaa ponttia. Loput mittapisteet MP2-MP4 asetettiin ponttiseinän suuntaisesti suoraan linjaan, lähin 5m ja kauimmainen noin 20m etäisyydelle pontista 1. Ponttiseinää vasten kohtisuoraan suuntaan olisi ollut hyvä saada vähintään yksi mittauspiste lisää hieman etäämmälle, mutta tämä ei ollut tilan puitteissa mahdollista. Kuvissa 5-35 ja 5-36 on esitetty ponttien sijainti ja etäisyydet mittapisteisiin nähden. Kuva 5-35: Asennettavat pontit ja mittapisteet

124 Kuva 5-36: Mittapisteiden sijainti pontteihin nähden Mittauspisteet asetettiin niin, että pitkittäinen ja poikittainen komponentti on selkeästi määritettävissä. Ponttiseinän suuntaisesti linjaan asetetuissa mittauspisteissä vaakakomponentti 1 on pitkittäinen, ja mittapisteessä MP1 puolestaan vaakakomponentti 2 on pitkittäinen. Tuloksia käsitellessä tämä on otettu huomioon, ja tuloksia esitettäessä puhutaan pitkittäis-, ja poikittaiskomponentista. Tärinän suuruus ja vaimeneminen pontituksen eri vaiheissa Mittauksen aikana asennettiin kaksi ponttia. Pontin 2 asentamisen aikana jäi asennuksen keskivaiheilta ja lopusta osa mittauksesta tekemättä. Pontin 1 asentamisen aikainen tärinä mitattiin kokonaisuudessaan. Tässä mittauksessa tärinä vaihteli paalutuksen aikana huomattavasti nopeampaan tahtiin kuin aiemmissa mittauksissa, ja huippuarvot koostuivat usein lyhyistä tärinäpiikeistä. Tärinäpiikit ajoittuivat pääosin kohtiin, joissa tunkeutuminen vaikeutui esimerkiksi kohdatun esteen vuoksi. Merkillepantavaa on myös se, että monesti tärinähuiput eivät ilmenneet samoilla kohdilla eri mittauspisteissä. Erityisesti eroja oli MP1:n ja muiden mittapisteiden välillä. Tärinän heilahdusnopeuden nopea vaihtelu, ja tärinäpiikit esteitä kohdatessa näkyvat kuvasta Siinä on esitetty pontin 1 aikana mitattu heilahdusnopeudeksi integroitu signaali pitkittäisen komponentin osalta mittapisteessä MP2 ajan suhteen kuvattuna. Kuvaan on lisätty vaaka-akseli johon on merkitty pontin kärjen likimääräinen syvyys. Pystykomponentti vastaavassa kohdassa on hyvin samankaltainen ja poikittaisen komponentin signaali on puolestaan tasaisempi ja heilahdusnopeusarvot hieman pienempiä

125 Kuva 5-37: Heilahdusnopeudeksi integroitu signaali pitkittäisen komponentin osalta mittapisteessä MP2 pontin 1 asentamisen aikana. Vaakaasteikolla aika sekä kärjen syvyys. Kuvassa 5-38 on esitetty pontin 1 asentamisen aikana syntynyt tärinä syvyyden suhteen. Lisäksi kuvassa on esitetty pontin tunkeutumisnopeus metrin tunkeutumaa vastaavana aikana syvyyden suhteen. Vastaavat kuvat muiden mittapisteiden, sekä pontin 1 osalta on esitetty liitteessä 2. Kuva 5-38: Tärinän heilahdusnopeus ja tunkeutumisnopeus kärjen syvyyden funktiona pontin 1 kohdalla mittapisteissä MP1 ja MP2. Tunkeutumisnopeus on ilmaistu metrin tunkeutumiseen kuluvana aikana

126 Kuvista voidaan havaita tärinän kasvu, kun kohdataan tiiviimpiä kerroksia tai esteitä, jolloin pontin tunkeutumiseen kuluva aika per metri kasvaa. Lisäksi huomataan tärinän huippuarvojen osittainen eriaikaisuus mittapisteiden välillä, joskaan kuvien esitystapa ei kuvaa kyseistä mitatussa tärinässä esiintyvää piirrettä parhaalla mahdollisella tavalla. Mielenkiintoinen on myös liitteen 2 kuvista esiin tuleva hallitsevan komponentin vaihtelu eri mittapisteissä. Pääosin pitkittäinen komponentti on kuitenkin hallitseva. Huippujen eriaikaisuus eri mittapisteissä näkyy selvimmin pontin 2 kohdalla liitteen 2 kuvista. Ponttiseinää vasten kohtisuorassa mittauspisteessä MP1, 2,9m etäisyydellä paalusta saavutettiin huippuarvo (lähes 20 mm/s) tunkeutumissyvyyden ollessa noin 6m. Samaan aikaan ponttiseinän linjan suuntaisessa lähimmässä, 4,4m etäisyydellä olevassa mittauspisteessä MP2, ei mitattu tärinäarvo ollut erityisen suuri verrattuna muihin samassa pisteessä mitattuihin. Tunkeutumissyvyyden ollessa noin 11 m, mitattiin puolestaan pisteessä MP2 noin 14 mm/s suuruinen pitkittäissuuntainen tärinä, mutta pisteessä MP1 mitattu tärinä ei ylittänyt tavallista tasoa. Yhteistä näille kohdille on molemmissa tapauksissa tunkeutumisnopeuden hidastuminen tärinähuipun kohdalla. Tärinän vaimenemista tarkasteltaessa mitatut tärinäarvot jaettiin kolmeen osaan pontin tunkeutumisnopeuden perusteella: Metrin tunkeutumaan tarvittavan ajan ollessa ensinnäkin alle 60s, toiseksi s ja kolmanneksi yli 120s. Tässä tapauksessa jaottelu pontin kärjen syvyyden mukaan ei ollut järkevää, sillä vastus, jota tässä mitataan metrin tunkeutumaa vastaavan ajan avulla, ei kasvanut loogisesti syvyyden kasvaessa, vaan vaihtelee enemmänkin syvyydestä riippumatta. Ponttien tunkeutumisnopeus tässä kohteessa on kokonaisuudessaan hyvin hidas verrattuna aiemmin annettuihin pontin asennettavuutta kuvaaviin tunkeutumisnopeuden arvoihin (kappaleessa 3.3) Näiden mukaan tunkeutumisnopeuden ollessa alle 22mm/s (yli 45 s/m), voidaan asennusolosuhteita pitää vaikeina, ja tunkeutumisnopeutta 8mm/s (125s/m) pidetään rajana pontin asennettavuudelle. Tehdyssä mittauksessa tunkeutumisnopeus oli paikoitellen paljon hitaampi kuin 125s/m. Kuvissa on esitetty mitatut tärinäarvot vaakaetäisyyden suhteen, jaoteltuina pontin tunkeutumisnopeuden mukaan

127 [mm/s] Tunkeutumisaika alle 60 s/m Pontti 1, pysty Pontti 1, pitkittäinen Pontti 1, poikittainen Pontti 2, pysty Pontti 2, pitkittäinen Pontti 2, poikittainen 4 0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-39: Mitattu tärinä vaakaetäisyyden suhteen tunkeutumisnopeuden ollessa suuri (metrin tunkeutumiseen kuluva aika alle 60s). [mm/s] Tunkeutumisaika s/m Pontti 1, pysty Pontti 1, pitkittäinen Pontti 1, poikittainen Pontti 2, pysty Pontti 2, pitkittäinen Pontti 2, poikittainen 4 0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-40: Mitattu tärinä vaakaetäisyyden suhteen tunkeutumisnopeuden ollessa keskinkertainen (metrin tunkeutumiseen kuluva aika s). [mm/s] Tunkeutumisaika yli 120 s/m Pontti 1, pysty Pontti 1, pitkittäinen Pontti 1, poikittainen Pontti 2, pysty Pontti 2, pitkittäinen Pontti 2, poikittainen 4 0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-41: Mitattu tärinä vaakaetäisyyden suhteen tunkeutumisnopeuden ollessa pieni (metrin tunkeutumiseen kuluva aika yli 120s)

128 Tärinän vaimeneminen ei ole niin selkeältä ja suoraviivaista, kuin aiemmissa mittauksissa. Myös tärinän paikallista voimistumista havaittiin. Esimerkiksi metrin tunkeutumaa vastaavan ajan ollessa s, havaitaan tärinän olevan voimakkaampaa 5-12 m etäisyydellä, kuin lähimmässä 2,9m etäisyydellä olevassa mittauspisteessä. Tärinän taajuus Tärinän taajuutta tarkasteltiin pontin 2 osalta. Aiemmista mittauksista poiketen taajuusjakauma antaa selkeät taajuuspiikit, jotka vastaavat oletettavasti asennustaajuutta, ja sen moninkertoja. Taajuusjakauma on lisäksi hyvin samankaltainen eri mittauspisteissä, ja eri komponenteilla: hallitseva taajuus on pääosin asennustaajuus muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta, joissa yksittäisen komponentin (useimmiten poikittainen komponentti) hallitsevaksi taajuudeksi saatiin asennustaajuuden ensimmäinen moninkerta. Tärinän taajuus ei muutu merkittävästi etäisyyden tärinälähteeseen kasvaessa. Hallitsevan taajuuden voidaan kuitenkin havaita jonkin verran selkiytyvän kauemmissa mittapisteissä verrattuna lähimpiin, siten, että asennustaajuuden moninkertojen tärinäpiikit pienenevät kauempana tärinälähteestä. Taajuus asennuksen aikana vaihtelee hieman, mutta ei kovin merkittävästi. Taajuuden vaihtelulla ei myöskään havaittu olevan suoranaista yhteyttä mitattujen tärinäarvojen suuruuteen, esimerkiksi siten, että suurten tärinäarvojen kohdalla taajuus olisi erilainen kuin muuten asennuksen aikana. Asennuksen alkuvaiheessa, pontin kärjen syvyyden ollessa alle 0,5m, hallitseva taajuus oli 39 Hz. Edettäessä tiiviimpään kerrokseen (kärjen syvyys 5,7m) jossa asennusnopeus hidastui selvästi (yli 120 s/m), ja mitattiin tärinän huippuarvo mittapisteessä MP1, oli tärinän taajuus 37Hz. Keskitiiviissä kerroksessa ( s/m) kärjen syvyyden ollessa 9,4m saatiin taajuudeksi puolestaan 35Hz. Alemmassa tiiviissä kerroksessa (yli 120 s/m), syvyydellä 11,1m, kun mitattiin tärinän huippuarvo mittapisteessä MP2, taajuus oli 35Hz. Kuvassa 5-42 on esitetty tärinän taajuus komponenteittain pontin kärjen ollessa syvyydellä 11,1 m

129 Kuva 5-42: Tärinän taajuus komponenteittain kaikissa mittapisteissä pontin 2 osalta, kun kärjen tunkeutumissyvyys on 11,1m. Ylhäällä vasemmalla pystykomponentti, ylhäällä oikealla pitkittäinen komponentti, alhaalla poikittainen komponentti. Kuvasta voidaan havaita selkeästi tärinän asennustaajuus, ja sen moninkerrat. Asennustaajuus on selkeimmin hallitseva pitkittäisen komponentin kohdalla, joka antaa suurimman tärinäarvon. Tässä kohdassa pysty-, ja poikittaiskomponentin osalta asennustaajuuden ensimmäinen moninkerta on merkittävä tekijä tärinän taajuusjakaumassa. Kun tarkastellaan myös liitteessä 2 esitettyjä taajuusjakaumia, havaitaan että vaikeammin läpäistävissä kerroksissa tai esteitä kohdattaessa on taajuusjakaumakuvaajien taajuuspiikit hiukan hajaantuneempia kuin helposti läpäistävien kerrosten kohdalla Mittaustulosten analysointi Tärinän vaimenemisnopeus Tärinän geometriseen vaimenemiseen perustuen tärinän vaimenemisnopeus vaihtelee riippuen aaltotyypistä ja tärinälähteen muodosta ja sijainnista. Teoriaosuudessa esitetyn perusteella voidaan päätellä, että paalun kärjessä syntyvät p-aallot vaimenevat nopeammin kuin R-aallot tai paalun vaipalla syntyvät s-aallot. Muun muassa tästä

130 johtuen tärinän vaimenemisen voidaan olettaa olevan nopeampaa lähellä paalua. Tärinän vaimenemisnopeutta tarkasteltiin, koska haluttiin selvittää onko vaimeneminen mittaustulosten perusteella erilaista lähietäisyydellä jossa p-aallot ovat hallitsevassa asemassa, kuin kauempana paalusta jossa tärinä koostuu R-aalloista. Vaimenemisnopeutta tarkasteltiin pseudovaimenemisen mukaisesti. Tarkastelua varten mittaustuloksista poimittiin maksimiarvot paalutuksen eri vaiheissa eri mittapisteistä. Maksimiarvoksi otettiin suurin yksittäisen komponentti. Tärinälähteen etäisyyden määrittäminen on ongelmallista paalutuksen tapauksessa, mikä hankaloittaa vaimenemistarkastelua. Huomioon on otettava tärinän syntyminen sekä paalun vaipalla että kärjessä, paalun kärjen syvyyden muuttuminen, ja R-aaltojen syntyminen. Kappaleessa 3.2 esitetyn perusteella voidaan tehdä jonkinlaisia olettamuksia tärinän synnystä paalutuksen eri vaiheissa, mistä voidaan edelleen päätellä millä tavalla etäisyyttä paaluun tulisi tarkastella. Kyseessä on kuitenkin karkea yksinkertaistus jo pelkästään siitä syystä, että tärinän oletetaan syntyvän vain yhdellä tavalla kerrallaan, vaikka todellisuudessa tärinää syntyy samanaikaisesti sekä paalun kärjessä että vaipalla. Myöskään paalun vaakasuuntaisesta heilumisesta aiheutuvaa tärinää ei tässä huomioida. Seuraavassa on selitetty eri etäisyydenmääritystavat, joita on käytetty tässä tarkastelussa. Silloin kun tärinän voidaan olettaa syntyvän paalun vaipalla, tarkastellaan etäisyyttä ainoastaan vaakasuuntaisena etäisyytenä ja kun paalun kärjessä syntyvän tärinän osuus voidaan olettaa merkittävämmäksi, tarkastellaan etäisyyttä lisäksi paalun kärjestä. Tarkasteltaessa etäisyyttä paalun kärjestä, on erikseen tarkasteltu paalun lähialuetta. Tällöin huomioidaan myös R-aaltojen syntyminen. Pohjaoletuksena on että R-aallot syntyvät paalun tunkeutumissyvyyden etäisyydellä, sillä maaperän aallonnopeustietojen puuttuessa syntyetäisyyttä ei voitu arvioida kaavojen 3.1 ja 3.3 mukaisesti. Kaavojen 3.1 ja 3.3 perusteella R-aallot saattavat syntyä jo huomattavan paljon oletettua lähempänä paalua. Tarkasteltaessa etäisyyttä paalun kärjestä määritetään etäisyys tässä seuraavalla tavalla: Kun mittapisteen vaakasuuntainen etäisyys paalusta on pienempi kuin paalun kärjen syvyys mittaushetkellä, otetaan etäisyys säteittäisenä etäisyytenä paalun kärjen ja mittapisteen välillä. Tällöin kyseessä on lähialue. Kun taas ollaan kauempana paalusta, jolloin etäisyys mittapisteeseen on paalun tunkeutumissyvyyttä suurempi, oletetaan aallon kulkevan ensin p-aaltona paalun tunkeutumissyvyyden etäisyydelle, minkä jälkeen etenemisen oletetaan jatkuvan maan pintaa pitkin R-aaltona (vertaa kappale 3.2.3), jolloin etäisyys määritetään aallon yhteensä kulkemana matkana. Tarkastelussa käytetettävät etäisyydenmääritystavat on esitetty kuvassa

131 Kuva 5-43: Etäisyyden määrittäminen tärinälähteestä mittapisteeseen. r1=vaakaetäisyys, r2=etäisyys paalun kärjestä, kun mittapisteen etäisyys on alle paalun tunkeutumissyvyys, r3=etäisyys paalun kärjestä, kun mittapisteen etäisyys on suurempi kuin paalun tunkeutumissyvyys. Mittaustuloksiin sovitettiin taulukkolaskentaohjelma excelillä pienimmän neliösumman periaatteella kaavan 2.17 mukainen pseudovaimenemisen käyrä, jossa potenssi m ilmaisee vaimenemisnopeutta. Lisäksi on ilmoitettu korrelaatiota kuvaava R 2 -arvo. Kaikista tilanteista on esitetty ensin kuvaaja vaakasuuntaisen etäisyyden suhteen, ja annettu tällöin tärinälle vaimenemispotenssi m. Tilanteissa joissa arvioitiin tärinän olevan peräisin pääosin paalun kärjestä, määritettiin lisäksi etäisyys paalun kärjestä edellä esitetyn mukaisesti. Tällöin vaimenemispotenssi m annettiin huomioiden erikseen lähialue, joissa etäisyys oli määritetty tavalla r2, ja toisaalta etäämpi alue, jossa etäisyys määritettiin tavalla tavalla r3. Lisäksi potenssi m määritettiin vielä kaikille pisteille yhdessä. Ratina Ratinan mittauskohteessa paalutus jaettiin kolmeen osaan: Pintakerrokseen, alla olevaan löyhempään kerrostumaan ja tiiviiseen pohjakerrokseen. Paalun läpäistessä pintakerrosta oletettiin tärinän syntyvän paalun kärjessä, vaikkakin pienen tunkeutumissyvyyden vuoksi aallot muuttuvat R-aalloiksi varsin lähellä paalua. Pehmeämpää välikerrosta läpäistessä aaltojen oletettiin syntyvän pääasiassa paalun vaipalla, koska paalun kärkivastus on pieni, ja maan ja paalun välinen liike suurta suuren tunkeutumanopeuden vuoksi. Kun paalun kärki saavutti tiiviimmät pohjakerrokset, kasvoi paalun kärkivastus. Tällöin suurin osa ympäristöön leviävästä tärinästä muodostuu paalun kärjessä. Kuvissa on esitetty tärinän vaimeneminen etäisyyden suhteen edellä esitetyn mukaisesti

132 Pintakerros 0-3m Pintakerros 0-3m y = 11,32x -0,5613 R 2 = 0,2711 Paalu 1 Paalu 2 Paalu y = 43,109x -0,9059 R 2 = 0,5661 Paalu 2, etäällä Paalu 1, etäällä Paalu 3, etäällä [mm/s] [mm/s] 1 1 0, Vaakasuora etäisyys [m] 0, Etäisyys kärjestä [m] Kuva 5-44: Tärinän vaimeneminen pintakerroksessa Ratinan kohteessa. Vasemmalla vaakaetäisyyden suhteen, oikealla etäisyys otettu paalun kärjestä R- aaltojen syntyminen huomioiden. Pehmeä kerros 2-9m lyöntivastus alle 20lnt/0,5m 100 [mm/s] 10 y = 35,004x -1,0334 R 2 = 0,945 Paalu 1 Paalu 2 Paalu 3 1 0, Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-45: Tärinän vaimeneminen Ratinan kohteessa vaakaetäisyyden suhteen, kun paalun kärki on pehmeässä kerroksessa. [mm/s] Alemmat kerrokset 9-19m lyöntivastus lnt/0,5m y = 117,27x -1,2979 R 2 = 0,9344 Paalu 1 Paalu 2 Paalu 3 [mm/s] Alemmat kerrokset 9-19m lyöntivastus lnt/0,5m Paalu 1, lähialue Paalu 1, etäällä Paalu 2, lähialue Paalu 2, etäällä Paalu 3, etäällä y = 597,35x -1,6891 R 2 = 0, , Vaakasuora etäisyys [m] 0,1 y = 3E+06x -4,6276 y = 203,89x -1,3959 R 2 = 0,8649 1,0 10,0 100,0 Etäisyys kärjestä [m] Kuva 5-46: Tärinän vaimeneminen tiiviissä pohjakerroksessa Ratinan kohteessa. Vasemmalla vaakaetäisyyden suhteen, oikealla etäisyys otettu paalun kärjestä R-aaltojen syntyminen huomioiden

133 Tarkasteltaessa tärinän vaimenemista vaakasuuntaisen etäisyyden suhteen vaihtelee vaimenemisnopeutta kuvaava potenssi m välillä 0,6...1,3, ollen suurimmillaan paalun kärjen ollessa alemmissa tiiviissä kerroksissa. Pisteiden hajonta on melko pientä lukuun ottamatta pintakerrosten läpäisyä, jossa paalun 2 selvästi muita paaluja pienemmät tärinäarvot aiheuttavat hajontaa. Pintakerroksessa ja tiiviissä pohjakerroksessa tärinän vaimenemista tarkasteltiin myös siten, että etäisyys otettiin paalun kärjestä R-aaltojen synty huomioiden. Koska kaikki mittapisteet pintakerroksen kohdalla (kuva 5-44) olivat yli paalun tunkeutumissyvyyden etäisyydellä paalusta, määritettiin etäisyys kuvan 5-40 mukaisesti tavalla r3 kaikkien pisteiden osalta. Tällöin eksponentti m sai arvoksi 0,9. Alempien tiiviiden kerrosten tapauksessa (kuva 5-46) osalle pisteitä etäisyys määritettiin tavalla r2 ja osalle tavalla r3. Tällöin etäällä paalusta m=1,4. Kun huomioidaan kaikki pisteet kuvassa 5-46, saadaan vaimenemisnopeudeksi m=1,7. Paalun tunkeumasyvyys oli mittausetäisyyttä suurempi vain kahdessa tapauksessa, joiden perusteella lähietäisyydellä kerroin m saa arvoksi yli 4. Viiala Viialan kohteessa tärinän vaimenemista on tarkasteltu lyöntien aloitusvaiheessa, ja tiiviissä pohjakerroksessa. Molemmissa tapauksissa tarkastelu on tehty sekä vaakasuuntaisen etäisyyden, että kärjestä otetun etäisyyden suhteen. Tässä tapauksessa mittapisteiden etäisyys paalun tunkeumasyvyyteen nähden on melko pieni, jolloin myös lähietäisyyttä voidaan tarkastella useamman pisteen perusteella. Kuvissa on esitetty tärinän vaimeneminen lyöntien alkuvaiheen ja tiiviin kerroksen osalta. lyöntien alkuvaihe lyöntien alkuvaihe [mm/s] y = 12,479x -0,8785 R 2 = 0,8557 RR90 RR115/6,3 RR115/8 [mm/s] y = 31,416x -1,1733 R 2 = 0,853 RR90, lähialue RR90, etäällä RR115/6,3, lähialue RR115/6,3, etäällä RR115/8, lähialue RR115/8, etäällä 1 1 0, Vaakasuora etäisyys [m] 0,1 y = 37,553x -1,2365 R 2 = 0,681 y = 14,329x -0,8788 R 2 = 0,711 1,0 10,0 100,0 Etäisyys kärjestä [m] Kuva 5-47: Tärinän vaimeneminen lyöntien alkuvaiheessa Viialan mittauskohteessa. Vasemmalla vaakaetäisyyden suhteen, oikealla etäisyys otettu paalun kärjestä R-aaltojen syntyminen huomioiden

134 Lyöntien alkuvaiheessa vaimenemispotenssi m on 0,9, kun etäisyys otetaan vaakasuuntaisena etäisyytenä, ja puolestaan 1,2, kun tarkastellaan etäisyyttä paalun kärjestä. Eksponentti m saa arvoksi 1,2 paalun lähialueella, jossa etäisyys on otettu tavalla r2. Kauemmissa mittapisteissä etäisyydenmääritystavalla r3 tarkasteltaessa potenssi m on puolestaan 0,9. Tiivis kerros Tiivis kerros [mm/s] y = 5,0641x -0,6875 R 2 = 0,7444 RR90 RR115/6,3 RR115/8 [mm/s] y = 37,263x -1,3444 R 2 = 0,7472 RR90, lähialue RR90, etäällä RR115/6,3, lähialue RR115/6,3, etäällä RR115/8, lähialue RR115/8, etäällä 1 1 0, Vaakasuora etäisyys [m] y = 8,7259x -0,6749 R 2 = 0,1965 y = 24,733x -1,2189 R 2 = 0,5297 Kuva 5-48: Tärinän vaimeneminen tiiviissä pohjakerroksessa Viialan mittauskohteessa. Vasemmalla vaakaetäisyyden suhteen, oikealla etäisyys otettu paalun kärjestä R-aaltojen syntyminen huomioiden. Tiiviiden pohjakerrosten osalta m=0,7, kun etäisyys otetaan vaakasuuntaisena etäisyytenä. Tarkasteltaessa etäisyyttä paalun kärjestä on vaimenemispotenssi kaikki pisteet huomioiden 1,3. Lähialueella etäisyydenmääritystavalla r2 m=0,7, joskin korrelaatio tässä on varsin pieni. Kauempana, määritettäessä etäisyys tavalla r3 eksponentti m=1,2. 0,1 1,0 10,0 100,0 Etäisyys kärjestä [m] Hajonta on sekä lyöntien alkuvaiheen, että tiiviin kerroksen osalta on suurempaa, kun eritellään lähialueella ja kauempana mitattu tärinä. Paremmin sovitettu käyrä sopii kun huomioidaan kaikki pisteet sekä vaakasuoran etäisyyden, että kärjestä otetun etäisyyden tapauksessa. Lappeenranta Tiiviissä maassa paalutusvastus koostuu sekä paalun kärjessä, että vaipalla syntyvästä vastuksesta. Kuitenkin lyöntien seurauksena paalun vaipan ja maan välinen kontakti häiriintyy, jolloin tärinän eteneminen vaipalta ympäristöön rajoittuu. Tämän perusteella voidaan olettaa, että suurin osa tärinästä syntyy paalun kärjessä. Tärinän vaimenemista on tässä tarkasteltu tärinän maksimikohdassa sekä vaakasuuntaisen että paalun kärjestä otetun etäisyyden suhteen (Kuva 5-49). Paalun tunkeutumissyvyys mittapisteiden etäisyyteen nähden on pieni, eikä lähialuetta voida

135 näinollen tarkastella. Paalun kärjestä otettu etäisyys mittapisteeseen määritetään kaikkien pisteiden osalta tavalla r Lappeenranta Paalu 1 Paalu Lappeenranta Paalu 1, etäällä Paalu 2, etäällä [mm/s] 10 [mm/s] 10 1 y = 1463,8x -1,727 R 2 = 0, Vaakasuora etäisyys [m] 1 y = 4321,7x -1,9867 R 2 = 0,8997 1,0 10,0 100,0 Etäisyys kärjestä [m] Kuva 5-49: Tärinän vaimeneminen Lappeenrannan mittauskohteessa tärinän maksimikohdassa, kärjen syvyyden ollessa noin 6-9m. Vasemmalla vaakaetäisyyden suhteen, oikealla etäisyys otettu paalun kärjestä R- aaltojen syntyminen huomioiden. Kun etäisyyttä tarkastellaan vaakasuuntaisena, saadaan eksponentille m arvoksi 1,7. Kärjen ja mittapisteen välisen etäisyyden suhteen tarkasteltaessa m on 2,0. Hajonta kummassakin tapauksessa on melko pientä. Yliopistonrinne Koska pontin poikkileikkausala on pieni sen vaippapinta-alaan verrattuna, syntyy ponttia asennettaessa suurempi osa tärinästä paalun vaipalla kuin umpikärkisiä paaluja asennettaessa. Toisaalta maa pontin ympärillä häiriintyy täryn seurauksena, mikä rajoittaa vaipalta välittyvää tärinää. Kun kohdataan esteitä tai hyvin tiivistä maata, jolloin pontin tunkeutuminen lähes pysähtyy, voidaan olettaa tärinän olevan peräisin pääosin pontin kärjestä. Lisäksi ponttien välinen lukitus aiheuttaa vastusta ja näin ollen myös tärinää. Tärinää aiheuttaa myös pontin vaakasuuntainen liike, jonka voisi olettaa olevan merkittävämpi kuin paalujen tapauksessa, koska asennuslaitteen tartunta ponttiin ei ole keskeinen pontin poikkileikkaukseen nähden. Kuvissa on esitetty tärinän vaimeneminen kun pontti tunkeutuu suhteellisen helposti, jolloin metrin tunkeutumiseen kuluva aika on alle 60s, ja kun kohdataan esteitä tai tiiviitä kerroksia, jolloin tunkeutumiseen kuluva aika on yli 120s/m. Kun pontti tunkeutuu helposti (alle 60s/m) on tärinän oletettu syntyvän pääosin paalun vaipalla, ja etäisyyttä on tarkasteltu ainoastaan vaakaetäisyytenä. Tiiviiden kerrosten kohdalla (yli 120s/m) on vaimenemista tarkasteltu sekä vaakaetäisyyden, että paalun kärjestä otetun etäisyyden suhteen

136 100 alle 60 s/m y = 12,521x -0,5851 R 2 = 0,8042 Pontti 1 Pontti 2 [mm/s] Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-50: Tärinän vaimeneminen vaakaetäisyyden suhteen Yliopistonrinteen mittauskohteessa, kun pontti tunkeutuu helposti (metrin tunkeutumiseen kuluva aika on alle 60s). 100 y = 29,629x -0,568 R 2 = 0,7743 Yli 120 s/m Pontti 1 Pontti y = 119,57x -0,9767 R 2 = 0,6891 yli 120 s/m Pontti 2, lähialue Pontti 2, etäällä Pontti 1, lähialue Pontti 1, etäällä [mm/s] 10 [mm/s] Vaakasuora etäisyys [m] y = 47,932x -0,5312 R 2 = 0,7558 y = 8,9755x -0,1777 R 2 = 0,1092 Kuva 5-51: Tärinän vaimeneminen Yliopistonrinteen mittauskohteessa, kun pontti kohtaa esteitä tai tiiviin kerroksen (metrin tunkeutumiseen kuluva aika on yli 120s). Vasemmalla vaakaetäisyyden suhteen, oikealla etäisyys otettu paalun kärjestä R-aaltojen syntyminen huomioiden. Helpon tunkeutumisen aikana tärinän vaimenemisnopeus vastaa eksponentin m arvoa 0,6, kun etäisyyttä tarkastellaan vaakaetäisyytenä. Tiiviin kerroksen kohdalla vaimenemisnopeus vaakaetäisyyden suhteen on suunnilleen samansuuruista, kuin helpon tunkeutumisen aikana. Kun etäisyyttä tarkastellaan sen sijaan pontin kärjestä, saa eksponentti m arvon 1,0 kun huomioidaan kaikki pisteet. Erikseen tarkasteltaessa läheialueella m saa arvoksi 0,5. Etäällä paalusta m=0,2, tosin tällöin korrelaatio on varsin pieni. 1 1,0 10,0 100,0 Etäisyys kärjestä [m]

137 Materiaalivaimennus Kappaleessa 2.2 esitetyn mukaisesti tärinän vaimeneminen koostuu geometrisestä vaimenemisesta ja materiaalivaimenemisesta. Tärinän kokonaisvaimenemiselle on esitetty kaava 2.16, jota seuraavassa verrataan mittaustuloksiin. v 2 R = v1 ( R 1 2 ) n * e α ( R1 R2 ) (2.16) Kaavassa 2.16 lähtötietoina on tärinän suuruus vertailuetäisyydellä R 1, josta voidaan kaavan mukaisesti laskea tärinän suuruus muilla etäisyyksillä. Kaavan mukaan vaimenemisnopeus riippuu geometrisestä vaimenemisesta ja materiaalivaimenemisesta. Kaavan mukainen käyrä sovitettiin mitatun tärinän maksimiarvoihin, jolloin saatiin arvo materiaalivaimennuskertoimelle α. Käyrän sovittaminen tehtiin Matlab ohjelmalla, jonka jälkeen tarkastelusta saadun materiaalivaimennuskertoimen mukaiset käyrät piirrettiin exelillä samaan kuvaajaan mittaustulosten kanssa. Nämä kuvaajat on esitetty seuraavassa. Matlabilla tehdyt sovitukset on puolestaan esitetty tarkemmin liitteessä 3. Tässä tarkastelussa etäisyys otetaan vaakasuuntaisena etäisyytenä, ja geometrisen vaimenemisen oletetaan kaikissa tapauksissa olevan R-aaltojen vaimenemisen kaltainen eli n=0,5. Huomioimatta jää tällöin se, että P-aallot syntyvät paalun kärjessä ja vaimenevat pallomaisesti, jolloin vaimeneminen tapahtuisi suhteessa 1/r 1 (n=1). Tärinä muuttuu kuitenkin pinta-aalloiksi usein suhteellisen lähellä paalua. Tarkastelua tehtäessä havaittiin, että n-arvon valinnalla on suuri merkitys saatuun materiaalivaimennuskertoimen α arvoon. Lisäksi kokeiltiin etäisyyden määritystä paalun kärjestä vaakasuuntaisen etäisyyden sijaan, millä oli myös huomattava vaikutus tuloksiin. Nämä seikat vaikuttivat siihen, että kaikkia tuloksia päätettiin tarkastella samalla eksponentin n arvolla, ja että etäisyys otettiin vaakasuuntaisena etäisyytenä arvioidusta tärinän syntytavasta riippumatta. Ratina Ratinan kohteen osalta kokonaisvaimenemisen käyrä sovitettiin tuloksiin pintakerrosta, sen alapuolisia pehmeitä kerroksia ja tiiviitä pohjakerroksia läpäistessä (Kuvat ). Saadut materiaalivaimennuskertoimen arvot ovat pintakerroksen ja pehmeän kerroksen osalta lähellä toisiaan, materiaalivaimennuskerroin α saa arvoksi noin 0,03. Alemmissa tiiviissä kerroksissa α = 0,08. Kaikissa tapauksissa korrelaatio on hyvä (R 2 >0,93)

138 Pintakerros 0-3m 10 n=0,5 [mm/s] 1 0,1 Paalu 1, pysty Paalu 1, pitkittäinen Paalu 1, poikittainen Paalu 2, pysty Paalu 2, pitkittäinen Paalu 2, poikittainen Paalu 3, pysty Paalu 3, pitkittäinen Paalu 3, poikittainen n=0,5, α=0, Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-52: Kokonaisvaimenemisen ja geometrisen vaimenemisen käyrät sovitettuna mittaustuloksiin paalun läpäistessä pintakerrosta. Ratina. 10 Pehmeä kerros 2-9m Lyöntivastus alle 20 lnt/0,5m [mm/s] 1 0,1 Paalu 1, pysty Paalu 1, pitkittäinen Paalu 1, poikittainen Paalu 2, pysty Paalu 2, pitkittäinen Paalu 2, poikittainen Paalu 3, pysty Paalu 3, pitkittäinen Paalu 3, poikittainen n=0,5 n=0,5, α=0, Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-53: Kokonaisvaimenemisen ja geometrisen vaimenemisen käyrät sovitettuna mittaustuloksiin paalun läpäistessä pehmeää välikerrosta. Ratina. 10 Alemmat kerrokset 9-19m Lyöntivastus lnt/0,5m n=0,5 [mm/s] 1 0,1 Paalu 1, pysty Paalu 1, pitkittäinen Paalu 1, poikittainen Paalu 2, pysty Paalu 2, pitkittäinen Paalu 2, poikittainen Paalu 3, pysty Paalu 3, pitkittäinen Paalu 3, poikittainen n=0,5, α=0, Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-54: Kokonaisvaimenemisen ja geometrisen vaimenemisen käyrät sovitettuna mittaustuloksiin paalun läpäistessä tiiviitä alempia kerroksia. Ratina

139 Viiala Mittaustuloksiin sovitetut käyrät lyöntien alkuvaiheen ja tiiviin kerroksen läpäisyn osalta Viialan kohteessa on esitetty kuvissa 5-55 ja Lyöntien alkuvaiheen tärinälle materiaalivaimennuskertoimeksi saadaan α=0,26. Tiiviissä kerroksissa vaimeneminen on huomattavasti vähäisempää ja kerroin α saa arvoksi 0,05. Molemmissa tapauksissa korrelaatio on melko huono (R 2 0,5). [mm/s] lyöntien alkuvaihe n=0,5 RR90, pysty RR90, vaaka1 RR90, vaaka2 RR115/6,3 pysty RR115/6,3, vaaka1 RR115/6,3, vaaka2 RR115/8, pysty RR115/8, vaaka1 RR115/8, vaaka2 n=0,5, α=0,264 0,1 n=0,5, α=0, Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-55: Kokonaisvaimenemisen ja geometrisen vaimenemisen käyrät sovitettuna lyöntien alkuvaiheessa mitattuihin tärinäarvoihin. Viiala. [mm/s] tiivis kerros RR90, pysty RR90, vaaka1 RR90, vaaka2 RR115/6,3, pysty RR115/6,3, vaaka1 RR115/6,3, vaaka2 RR115/8, pysty RR115/8, vaaka1 RR115/8, vaaka2 n=0,5, α=0,052 n=0,5 0,1 n=0,5, α=0, Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-56: Kokonaisvaimenemisen ja geometrisen vaimenemisen käyrät sovitettuna mittaustuloksiin paalun läpäistessä tiivistä pohjakerrosta. Viiala. Lappeenranta Lappeenrannan kohteessa materiaalivaimenemisen ja geometrisen vaimenemisen käyrät sovitettiin koko paalutuksen aikana mitattuihin tuloksiin, vaimenemiskäyrät on esitetty kuvassa Materiaalivaimennuskertoimen arvoksi saatiin α=0,14, korrelaation ollessa R 2 = 0,

140 100 Kaikki mittaustulokset n=0,5 10 [mm/s] Paalu 1, pysty 1 Paalu 1, vaaka1 Paalu 1, vaaka2 Paalu 4, pysty Paalu 4, vaaka1 n=0,5, α=0,136 Paalu 4, vaaka2 0,1 1,0 10,0 100,0 Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-57: Kokonaisvaimenemisen ja geometrisen vaimenemisen käyrät sovitettuna Lappeenrannan mittaustuloksiin koko paalutuksen osalta. Yliopistonrinne, materiaalivaimennus Kuvissa 5-58 ja 5-59 on esitetty mittaustuloksiin sovitetut kokonaisvaimenemisen käyrät Yliopistonrinteen pontituskohteessa. Materiaalivaimennuskertoimen arvoksi saadaan α=0,018 (R 2 =0,77) pontin kärjen ollessa helposti läpäistävässä kerroksessa, ja α=0,022 (R 2 =0,57) tiiviitä kerroksia läpäistessä Tunkeutumisaika alle 60 s/m Pontti 1, pysty Pontti 1, pitkittäinen Pontti 1, poikittainen Pontti 2, pysty Pontti 2, pitkittäinen Pontti 2, poikittainen [mm/s] 1 n=0,5 n=0,5, α=0,018 0,1 1,0 10,0 100,0 Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-58: Kokonaisvaimenemisen ja geometrisen vaimenemisen käyrät sovitettuna mitattuihin tärinäarvoihin helposti läpäistävissä kerroksissa (tunkeutumisaika alle 60 s/m). Yliopistonrinne

141 100 Tunkeutumisaika yli 120 s/m [mm/s] ,1 Pontti 1, pysty Pontti 1, pitkittäinen Pontti 1, poikittainen Pontti 2, pysty Pontti 2, pitkittäinen Pontti 2, poikittainen n=0,5 n=0,5, α=0,022 n=0,5 1,0 10,0 100,0 Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-59: Kokonaisvaimenemisen ja geometrisen vaimenemisen käyrät sovitettuna mitattuihin tärinäarvoihin tiiviissä kerroksissa tai esteitä kohdatessa (tunkeutumisaika yli 120 s/m). Yliopistonrinne Vertailu lyöntipaalutusohjeen kaavaan Lyöntipaalutusohjeessa (LPO) on annettu empiirisesti määritetty kaava tärinän pystykomponentin maksimiarvojen suuruden ja vaimenemisen arvioimiseksi (kaava 3.4, kappaleessa 3.2.2). Verrattuna edellä tehtyihin vaimenemistarkasteluihin, voidaan todeta, että kaavan 3.4 mukaan tärinä vaimenee suhteessa 1/r 1, eli vastaa pseudovaimenemisen eksponenttia m=1. W v max = k (3.4) r v max = suurin pystysuora heilahdusnopeus (mm/s) k = kerroin (m 2 /sj 0,5 ) W = lyöntienergia/lyönti (Nm) r = etäisyys paalusta mittauspisteeseen (m) Seuraavassa kaavan 3.4 mukaisia tuloksia eri k-arvoilla verrataan mitattuihin tärinäarvoihin. Mittaustulosten yhteydessä on esitetty LPO:ssa annettu ylä ja alaraja kertoimelle k (k=0,3, k=1,5), sekä paalun impedanssin perusteella määritetty k-arvo kappaleessa esitetyn mukaisesti. Lisäksi maksimiarvoihin sovitettiin parhaiten sopiva k-arvo Matlab ohjelmalla. Tiedot Matlabilla tehdysitä sovituksista on tarkemmin liitteessä 3. Ratina Ratinan kohteessa lyöntienergiana käytettiin suoraan paalutusvasaran pudotuskorkeuden ja massan perusteella laskettavissa olevaa potentiaalienergiaa. Kun lyöntijärkäleen

142 massa on 4000 kg ja pudotuskorkeus h=0,3m, saatiin lyöntienergiaksi noin Nm per lyönti. Paalun impedanssiksi saatiin 778 kns/m sijoittamalla impedanssin laskukaavaan (kaava 3.5) paalun poikkipinta-ala A = 0,09 m 2, jännitysaallon nopeus TB-paalussa c = 3600 m/s ja TB-paalun materiaalin tiheys ρ = 2400 kg/m 3. Saatu impedanssiarvo vastaa kuvan 3-2 mukaan suurin piirtein arvoa k=0,6. Kuvassa 5-60 on verrattu kaavan 3.4 antamia tuloksia mitattuihin tärinäarvoihin. Kuva on esitetty havainnollisuuden vuoksi sekä normaalissa, että logaritmisessa asteikossa. [mm/s] Kaikki mittaustulokset k = 1,5 k = 0,73 k = 0,6 k = 0,3 Paalu 1, pysty Paalu 1, pitkittäinen Paalu 1, poikittainen Paalu 2, pysty Paalu 2, pitkittäinen Paalu 2, poikittainen Paalu 3, pysty Paalu 3, pitkittäinen Paalu 3, poikittainen Vaakasuora etäisyys [m] [mm/s] ,1 Kaikki mittaustulokset k = 1,5 k = 0,73 k = 0,6 k = 0, Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-60: LPO:ssa annetun tärinän arviointikaavan mukaiset vaimenemiskäyrät eri k:n arvoilla verrattuna Ratinan mittaustuloksiin. Vasemmalla normaaliasteikko, oikealla logaritminen asteikko. Kuvasta 5-60 voidaan havaita, että LPO:n kaavan vaimenemisnopeus kuvaa varsin hyvin todellista vaimenemista. Eri k-kertoimilla saadaan kuitenkin hyvin erilaisia tuloksia. Pienimmän neliösumman periaatteela sovitettaessa k saa arvoksi 0,73 (R 2 =0,95). LPO:n suosittelema arvo k=1,5 liioittelee aiheutuvaa tärinää huomattavan paljon. Paalun impedanssin perusteella määritetyn k-arvon (k=0,6) mukainen käyrä kuvaa syntynyttä tärinää melko hyvin. Viiala Viialan kohteessa asennuslaitteena oli hydraulivasara, ja asennusenergiaksi annettiin valmistajan ilmoittama 2035 Nm/lyönti. Annettu energia saattaa kuitenkin vaihdella huomattavasti paalutuksen aikana. Paalujen impedanssit laskettiin kaavalla 3.5, jossa aallonnopeudeksi paalussa annettiin 5100 m/s, ja teräksen tiheydeksi 7800 kg/m 3. Näin saatiin paalujen impedansseiksi 65 kns/m (RR90), 85 kns/m (RR115/6,3) ja 106 kns/m (RR115/8). Ongelmaksi muodostui se, että paalujen impedanssit olivat niin pieniä, että kerrointa k ei pystytty kunnolla määrittämään kuvasta 3-3. Kuvan 3-3 mukaan kerroin k saa arvoksi reilusti yli 2,5. Kaikkien paalujen osalta impedanssin perusteella määritetyksi kertoimeksi k asetettiin k=3. Kaavan 3.4 mukaisia käyriä on verrattu mittaustuloksiin kuvassa

143 kaikki mittaustulokset, Viiala kaikki mittaustulokset, Viiala [mm/s] k = 0,44 k = 0,3 k = 1,5 k = 3 RR90, pysty RR90, vaaka1 RR90, vaaka2 RR115/6,3 pysty RR115/6,3, vaaka1 RR115/6,3, vaaka2 RR115/8, pysty RR115/8, vaaka1 RR115/8, vaaka2 [mm/s] k = 3 k = 1,5 k = 0,44 k = 0, Vaakasuora etäisyys [m] 0, Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-61: LPO:ssa annetun tärinän arviointikaavan mukaiset vaimenemiskäyrät eri k:n arvoilla verrattuna Viialan mittaustuloksiin. Vasemmalla normaaliasteikko, oikealla logaritminen asteikko. Tässäkin kohteessa kaavan mukainen vaimenemisnopeus vastaa hyvin mitattua tärinää. Tärinän maksimit ovat melko lähellä k-arvon alarajaa 0,3. Pienimmän neliösumman periaatteella saatiin parhaiten tärinää kuvaavaksi k-arvoksi k=0,44 (R 2 =0,95). Paalujen impedanssin perusteella määritetty arvo kertoimelle k ei vastaa lainkaan mitattuja tuloksia. Myös k:n arvo 1,5 liioittelee tärinää huomattavasti. Lappeenranta Lappeenranna kohteessa lyöntienergiaksi saatiin Nm pudotusjärkäleen massan ja pudotuskorkeuden perusteella. Pudotuskorkeus oli 1,2m ja lyöntijärkäleen massa 4000kg. Paalujen impedanssien arvoksi saatiin 1100 kns/m ja 1250 kns/m, minkä perusteella saatiin edelleen k arvot 0,35 ja 0,3. Mittaustulokset ja kaavan 3.4 mukaiset käyrät eri k-arvoilla on esitetty kuvassa [mm/s] k = 0,35 k = 1,5 k = 1,09 Kaikki mittaustulokset k = 1,82 0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 Vaakasuora etäisyys [m] Paalu 4, pysty Paalu 4, vaaka1 Paalu 4, vaaka2 Paalu 1, pysty Paalu 1, vaaka1 Paalu 1, vaaka2 [mm/s] ,1 Paalu 4, pysty Paalu 4, vaaka1 Paalu 4, vaaka2 Paalu 1, pysty Paalu 1, vaaka1 Paalu 1, vaaka2 Kaikki mittaustulokset k = 1,82 k = 1,5 k = 1,09 k = 0,35 1,0 10,0 100,0 Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-62: LPO:ssa annetun tärinän arvioimiskaavan mukaiset vaimenemiskäyrät eri k-arvoilla verrattuna Lappeenrannan mittaustuloksiin. Vasemmalla normaaliasteikko, oikealla logaritminen asteikko

144 Kaavan mukainen vaimenemisnopeus ei sovi mittaustuloksiin yhtä hyvin kuin kahdessa aiemmassa kohteessa. Pienimmän neliösumman menetelmällä sovitettaessa saadaan kertoimen k arvoksi 1,82 (R 2 =0,81), kun kaikki Mittapisteet huomioidaan. Jos lähin mittapiste jätetään huomioimatta, saadaan arvoksi k=1,09 (R 2 =0,72). Lähimmässä mittapisteessä mitattu maksimitärinäarvo vastaa k-arvoa 2,2. Paalujen impedanssien perusteella määritetyt k-arvot antavat aivan liian pieniä tärinäarvoja, ja soveltuvat tässä huonosti tärinän arviointiin. Lyöntipaalutusohjeessa annettu yläraja k=1,5 kuvaa melko hyvin syntyvää tärinää. Yliopistonrinne Yliopistonrinteen pontituskohteessa ongelmalliseksi osoittautui asennuslaitteen energian määrittäminen. Koska tarkempaa tietoa asiasta ei ollut, määritettiin energia täryttimen tehon perusteella. Valmistaja ilmoittaa täryttimen tehoksi 380kW, ja taajuudeksi 38Hz. Tästä pääteltiin, että kun teho jaetaan taajuudella (380kJ/s jaettuna 38krs/s) saadaan 10 kj/kierros, mikä oletetaan tässä täryttimen energiaksi. Pontin impedanssiksi saadaan 330 kns/m, kun poikkileikkausala on noin 8300mm 2, josta saadaan edelleen kuvan 3-3 mukaisesti kertoimelle k arvoksi k=1,3. Mittaustulokset ja kaavan 3.4 mukaiset käyrät eri k-arvoilla on esitetty kuvassa [mm/s] Kaikki mittaustulokset, Yliopistonrinne k = 1,3 Pontti 1, pysty Pontti 1, pitkittäinen Pontti 1, poikittainen Pontti 2, pysty Pontti 2, pitkittäinen Pontti 2, poikittainen k = 1,5 k = 0,64 k = 0,3 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 Vaakasuora etäisyys [m] [mm/s] ,1 Kaikki mittaustulokset, Yliopistonrinne Pontti 1, pysty Pontti 1, pitkittäinen Pontti 1, poikittainen Pontti 2, pysty Pontti 2, pitkittäinen Pontti 2, poikittainen k = 1,5 k = 1,3 k = 0,64 k = 0,3 1,0 10,0 100,0 Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 5-63: LPO:ssa annetun tärinän arvioimiskaavan mukaiset vaimenemiskäyrät eri k-arvoilla verrattuna Yliopistonrinteen mittaustuloksiin. Vasemmalla normaaliasteikko, oikealla logaritminen asteikko. Mittaustulokset eivät noudata kaavan mukaista vaimenemista yhtä selvästi kuin Ratinan ja Viialan kohteissa. Tärinän vaimeneminen on hieman hitaampaa, ja epätasaisempaa. Pienimmän neliösumman periaatteella sovitettaessa parhaiten tärinää kuvaa k-arvo 0,64, joskaan hyvää vastaavuutta mittausarvoihin ei saada (R 2 =0,36). Impedanssin perusteella saatu k-arvo 1,3 kuvaa joitain maksimiarvoja, mutta muuten liioittelee tärinää

145 Yhteenveto Tärinälle määritettiin vaimenemisnopeus pseudovaimenemisen mukaisesti sekä vaakaetäisyyden, että paalun kärjestä otetun etäisyyden suhteen R-aaltojen syntyminen huomioiden. Myös materiaalivaimennuskerroin α määritettiin, samoin kuin Lyöntipaalutusohjeessa annettuun kaavaan vertaillessa saatu kerroin k. Taulukossa 5-4 on esitetty yhteenveto kokeellisen osuuden mittauksista saaduista tärinän vaimenemiseen liittyvistä kertoimista. Taulukko 5-4: Yhteenveto kokeellisen osuuden mittauskohteista saaduista tärinän vaimenemiseen liittyvistä kertoimista Ratina Pseudovaimeneminen, eksponentti m vaaka etäisyys Lähialue Etäisyys kärjestä Etäällä paalusta yht. α, kun n=0,5 pintakerros 0,6 0,9 0,9 0,033 pehmeä kerros 1 0,032 tiivis pohjakerros 1,3 4,6 1,4 1,7 0,08 Viiala lyöntien alkuvaihe 0,9 1,2 0,9 1,2 0,264 0,44 tiivis kerros 0,7 0,7 1,2 1,3 0,052 Lappeenranta koko paalutus 1, ,136 1,8 Yliopistonrinne löyhä kerros (alle 60s/m) 0,6 0,018 tiivis kerros (yli 12s/m) 0,6 0,5 0,2 1 0,022 ka. 0,9 1,8 1,1 1,4 k 0,73 0,64 Pseudovaimenemista tarkasteltaessa havaittiin, että tuloksiin vaikuttaa suuresti se, miten määritetään etäisyys tärinälähteen ja mittauspisteen välillä. Jos etäisyys otettiin vaakasuuntaisena, oli vaimenemisnopeus kaikissa tapauksissa pienempi kuin jos etäisyys otettiin paalun kärjestä. Kun etäisyyttä tarkasteltiin paalun kärjestä, eroteltiin paalun lähialue, ja kauemmat etäisyydet toisistaan. Lähialueen rajaksi määritettiin paalun tunkeutumissyvyyden etäisyys. Etäisyys paalun kärkeen määritettiin eri tavalla lähialueen ja sitä etäämmällä olevien pisteiden osalta (kuva 5-40). Vaimenemisnopeuden havaittiin olevan yleensä lähialueella suurempi. Kovinkaan johdonmukaisia tuloksia ei silti saatu. Syitä tähän on useita. Esimerkiksi oletus siitä, että tärinää syntyy ainoastaan yhdellä tavalla kerrallaan, ei vastaa todellista tilannetta, kuten ei myöskään arvioitu R-aaltojen syntyetäisyys. Materiaalivaimennuksen määrittäminen mitatuissa kohteissa sisälsi useita epävarmuustekijöitä. Huomattavan suuri vaikutus saatuihin tuloksiin oli geometrista vaimenemista kuvaavan eksponentin n valinnalla, sekä sillä otettiinko etäisyys paalun kärjestä (ei esitetty tässä) vai vaakasuuntaisena etäisyytenä. Paalutuksen kyseessä ollessa tärinälähteen sijaintia ja etäisyyttä tarkastelupisteeseen ei voida määrittää yksiselitteisesti. Saadut materiaalivaimennuskertoimen arvot vaihtelivat välillä α=0,018 0,264. Arvot eivät ole kovin johdonmukaisia, kun otetaan huomioon, että

146 pehmeässä ja löyhässä maassa materiaalivaimennuskerroin on yleensä suurempi kuin tiiviissä maassa. Mittaustuloksia verrattiin myös lyöntipaalutusohjeen kaavaan. Kaavan mukaisen vaimenemisnopeuden havaittiin vastaavan mitatun tärinän vaimenemista erittäin hyvin Ratinan ja Viialan kohteissa. Yliopistonrinteen ja Lappeenrannan kohteissa vaimenemisnopeus puolestaan poikkesi LPO:n kaavan mukaisesta. Mitatulle tärinälle määritettiin k-arvot, joiden vaihteluväliksi saatiin 0,44 2,2. Lyöntipaalutusohjeessa annettu k-kertoimen vaihteluväli on 0,3 1,5, mikä vastaa melko hyvin saatuja tuloksia. Kertoimen k vaihtelu oli jokatapauksessa aika suurta mitatuissa kohteissa, jonka vuoksi tyypillistä arvoa k-kertoimelle on vaikea määrittää. Kuvassa 5-64 on esitetty tärinän vaimeneminen etäisyyden suhteen kaikissa mittauskohteissa maksimiarvojen mukaan. Kuvaan on piirretty lisäksi LPO:n kaavan mukaisia käyriä eri k* W arvoilla. heilahdusnopeus [mm/s] k w =320 k w =160 k w =80 k w =40 k w =20 k w =10 Ratina W=12kJ Viiala W=2kJ Lappeenranta W=39kJ YO-rinne W=10kJ Vaakaetäisyys [m] Kuva 5-64: Tärinän vaimeneminen eri kohteissa ja vertailu LPO:n kaavaan. Tärinälle kokeiltiin määrittää lisäksi kallistuskulma kappaleessa esitetyn mukaisesti. Tarkastelussa määritettiin pystykomponentin ja pitkittäisen komponentin välinen kallistuskulma, jonka perusteella oli tarkoitus arvioida paalun kärjessä syntyvien p-aaltojen osuutta mitatusta tärinästä. Mittauskohteista saadut kallistuskulma-arvot olivat kuitenkin vaihtelevia ja osin epäjohdonmukaisia, eikä niiden perusteella voitu päätellä p-aaltojen osuutta. Näinollen kallistuskulmatarkastelua ei ole esitetty tässä

147 6. JOHTOPÄÄTÖKSET Tässä työssä tutkittiin paalutuksen ja pontituksen aiheuttaman tärinän syntyä ja leviämistä maassa. Kirjallisuustutkimuksen perusteella pyrittiin ensinnäkin selvittämään tunnetut tärinän synty- ja etenemistavat paalutuksen ja pontituksen yhteydessä, sekä toiseksi etsittiin kirjallisuudessa raportoituja paalu- ja ponttitärinämittauksia. Kokeellinen osuus sisälsi neljä tärinämittausta, kolme paalutuskohdetta ja yhden pontituskohteen. Kokeellisessa osuudessa saatuja tuloksia, samoin kuin kirjallisuuden mittaustuloksia analysoitiin ja verrattiin esitettyyn teoriaan. Paalutuksen yhteydessä syntyy tärinää kolmella pääasiallisella tavalla. Paalun kärjessä syntyy kärkivastuksen johdosta puristusaaltoja, jotka etenevät pallomaisesti ympäristöön, ja paalun vaipalla syntyy puolestaan vaippavastuksen seurauksena pystysuuntaisia, sylinterimäisesti leviäviä leikkausaaltoja. Lisäksi tärinää aiheutuu paalun vaakasuuntaisesta heilumisesta. Kun paalun kärjestä saapuvat puristusaallot ja vaipalta saapuvat leikkausaallot kohtaavat maan pinnan tietyssä kulmassa, syntyy Rayleighin aaltoja jotka etenevät sylinterimäisesti maan pinnassa. Yleisesti oletetaan, että R-aallot ovat hallitsevassa asemassa kun ollaan yli paalun tunkeutumissyvyyden etäisyydellä paalusta. R-aaltojen syntyetäisyys riippuu maaperän aallonnopeuksien suhteesta ja R-aaltojen laskennallinen syntyetäisyys paaluun nähden on paalun tunkeutumissyvyyttä pienempi. Tärinä syntyy pääosin paalun kärjessä silloin kun paalun kärkivastus on suuri, eli kun paalun kärki on esimerkiksi tiiviissä kerroksessa. Paalun vaipalla syntyvän tärinän osuus on hallitseva silloin kun vaippavastuksen osuus on kärkivastusta suurempi. Tällainen tilanne voi olla esimerkiksi kun paalua asennetaan tiiviiseen kitkamaahan. Erityisesti asennettaessa paalua paaluryhmään, saattaa vaippavastus kasvaa suureksi. Paalun vaipalla syntyvän tärinän välittymistä ympäristöön rajoittaa kuitenkin maan häiriintyminen paalun ja maan rajapinnassa. Paalun vaakasuuntaista heilumista lisääviä tekijöitä ovat lyönnin epäkeskisyys ja paalun käyryys, sekä puutteellinen paalun sivutuki. Lisäksi vaakasuuntaiseen heilumiseen vaikuttaa paalun maan yläpuolisen osuuden pituus. Jos paalun vartta on pitkälti maanpinnan yläpuolella, korostuu paalun käyryyden tai epäkeskisen lyönnin vaikutus. Tämä saattaa olla pääasiallisena syynä Ratinan mittauskohteessa havaittuun paalujatkoksen asentamisen jälkeiseen tärinän kasvuun yhdessä sen seikan kanssa, että paalujatkos ei välttämättä ole dynaamisessa tilanteessa yhtä jäykkä kuin muu paalu. Ponttien täryasennuksen yhteydessä tärinä syntyy pääpiirteittäin samalla tavalla kuin asennettaessa paaluja lyömällä: Tärinää syntyy pontin kärjessä ja vaipalla kärki-, ja

148 vaippavastuksen johdosta, sekä lisäksi paalun vaakasuuntainen heiluminen aiheuttaa tärinää. Ponttien poikkileikkausala on kuitenkin pieni umpikärkisiin paaluihin verrattuna, minkä vuoksi kärjessä syntyvien p-aaltojen osuus on vähäisempi ponttien kohdalla. Pontin vaakasuuntainen värähtely saattaa sensijaan olla suurempaa kuin paaluilla, sillä asennuslaitteen kiinnitys ponttiin on yleensä epäkeskinen, minkä on havaittu lisäävän vaakasuuntaista heilumista. Ponttien välinen lukitus aiheuttaa kitkaa ja levittää tärinää vieressä oleviin pontteihin. Asennettaessa pontteja lukkoon viereisten ponttien kanssa, on ympäristön tärinän havaittu olevan huomattavasti suurempaa kuin asennettaessa yksittäistä ponttia. Täryasennettavan pontin tunkeutuminen perustuu ympäröivän maan häiriintymiseen. Pontin vaipalle syntyvä häiriintyneen maan vyöhyke rajoittaa samalla tärinän johtumista ympäristöön. Kaiken kaikkiaan täryasennuksen yhteydessä syntyvä tärinä on yleensä vähäisempää kuin lyömällä asennettaessa. Osasyynä tähän on se, että täryasennuksessa asennusenergia iskua kohden on usein pienempi. Puristuspontituksen yhteydessä tärinä on vähäistä. Tärinää syntyy lähinnä siitä, kun asennuslaite irroittaa otteensa pontista ja ponttiin kohdistuva elastinen taivutus ja muodonmuutos vapautuu. Tällöin syntyy iskumuotoinen tärinäpiikki. Muu puristamalla asentamisen yhteydessä syntyvä tärinä tulee pääosin asennuslaitteen käymisestä. Lyöntipaalutus aiheuttaa ympäristöön iskumuotoista tärinää, jossa iskuhuippujen taajuus vastaa suunnilleen asennuksen iskutaajuutta. Myös Viialan kohteessa melko korkeataajuisella hydraulivasaralla (7,7-10,5 Hz) asennettaessa havaittiin tärinä selvästi iskumuotoiseksi. Lyöntipaalutuksessa tärinän kokonaistaajuus ei kuitenkaan vastaa iskutaajuutta, sillä tärinä vaimenee iskujen välillä kun maa värähtelee vapaasti ja lisäksi dispersion myötä iskun maaperään aiheuttama tärinäaalto hajoaa. Tällöin esiintyy laaja skaala eri taajuuskomponentteja. Maan resonanssitilaa ei iskujen välillä tapahtuvan vaimenemisen vuoksi yleensä pääse syntymään. Iskun terävyys vaikuttaa maasta mitatun tärinän taajuussisältöön. Teräspaaluilla käytetyn terävän iskun taajuusjakauma on laajempi, ja hallitsevat taajuudet suurempia, kuin betonipaalujen yhteydessä käytettävässä laakeammassa iskussa. Tärinän hallitseva taajuusalue laskee etäisyyden kasvaessa, sillä korkeampitaajuiset tärinäkomponentit vaimenevat matalataajuisia nopeammin. Täryasennuksen yhteydessä tilanne on hieman toisenlainen. Maaperän tärinä on melko lähellä sinimuotoista jatkuvaa värähtelyä, jossa värähtelyn taajuus vastaa asennustaajuutta ja sen monikertoja. Kyseessä on maaperän pakkovärähtely, jossa tärinä ei pääse vaimenemaan iskujen välillä, jolloin maaperän resonanssin vaara on olemassa. Tämän vuoksi täryasennuksen yhteydessä tulee kiinnittää erityistä huomiota täryn taajuuteen, ja on suositeltavaa käyttää niin sanottuja resonanssivapaita asennuslaitteita, joissa voidaan välttää käynnistyksen ja sammutuksen aikainen hetkellinen, resonanssia aiheuttava käyminen maakerroksen ominaistaajuudella

149 Tärinän vaimeneminen muodostuu pääasiassa geometrisestä vaimenemisesta ja materiaalivaimenemisesta. Geometrinen vaimeneminen johtuu pelkästään aaltoenergian leviämisestä yhä laajemmalle alueelle, minkä vuoksi geometristä vaimenemista tapahtuu myös täysin elastisessa väliaineessa. Geometrisen vaimenemisen suuruus riippuu aaltotyypistä sekä tärinälähteen sijainnista. Paalun kärjessä syntyvät P-aallot vaimenevat suhteessa 1/r 1 etäisyyteen nähden, kun taas R-aaltojen ja paalun vaipalla syntyvien s-aaltojen geometrinen vaimeneminen noudattaa suhdetta 1/r 0,5. Tämän perusteella R-aallot, ja paalun vaipalla syntyvät s-aallot vaimenevat p-aaltoja hitaammin. Materiaalivaimeneminen on pientä geometriseen vaimenemiseen verrattuna kun ollaan etäällä tärinälähteestä jolloin maan muodonmuutostaso on pieni. Lähellä paalua ja ponttia muodonmuutostaso on kuitenkin selvästi suurempi, jolloin materiaalivaimennus kasvaa, ja rajoittaa tärinän leviämistä ympäristöön. Materiaalivaimeneminen summautuu kun aalto etenee, ja materiaalivaimenemisen vaikutus onkin havaittavissa yleensä vasta etäällä paalusta kun vaimenemista tarkastellaan etäisyyden suhteen. Mittaustuloksia tarkasteltaessa vaimenemisnopeuden havaittiin Lappeenrannan kohteessa olevan suurempi paalun lähellä, kuin etäämmällä paalusta. Kyseinen ilmiö on havaittu myös muissa tutkimuksissa, ja lisäksi mittaustuloksille tehty vaimenemistarkastelu erikseen lähialueen p-aaltojen ja kauempana esiintyvien R- aaltojen osalta tukee havaintoa. On syytä olettaa, että paalun lähialueella vaimeneminen on suurempaa kuin kauempana paalusta. Tämä ei kuitenkaan ole aina suoraan havaittavissa mittaustuloksista muun muassa siksi, että tärinää ei yleensä mitata kovin lähellä paalua. Tärinän nopeampaan vaimenemiseen lähialueella viittaavia tekijöitä on useita. Ensinnäkin p-aaltojen R-aaltoja suurempi geometrinen vaimeneminen johtaa tärinän nopeampaan vaimenemiseen paalun lähialueella. Toiseksi paalun lähialueella maan muodonmuutokset ovat suuria, jolloin myös lähialueen materiaalivaimennus on suuri. Myös aallon dispersion myötä vaimeneminen on paalun lähialueella suurinta. Näiden ohella tärinän taajuuden laskeminen etäisyyden kasvaessa vaikuttaa siten, että tärinän heilahdusnopeus vaimenee nopeammin kuin tärinän siirtymä (vrt. kaavat 2.6 ja 2.7). Näinollen kun tärinä ilmoitetaan heilahdusnopeutena, vaimenee tärinä nopeammin paalun lähellä, mikäli taajuus laskee etäisyyden kasvaessa. Tärinän suuruuteen vaikuttavia seikkoja on useita. Tärkeimpiä näistä ovat maaperäolosuhteet, paalun ominaisuudet sekä asennustapa ja asennusenergia. Maaperäolosuhteet havaittiin merkittäväksi erityisesti sen kannalta, minkälaiseen maahan paalua asennettiin, ei niinkään esimerkiksi maaperän materiaalivaimenemisen vuoksi. Materiaalivaimeneminen oli kylläkin esitetty selittäväksi tekijäksi useassa kirjallisuuden mittausraportissa. Tiiviiseen maahan asennettaessa tärinä oli lähes poikkeuksetta suurempaa kuin löyhiin maakerroksiin asennettaessa. Paalun ominaisuuksien merkitystä tärinään oli vaikeampi havaita suoranaisesti mittausten

150 perusteella. Kuitenkin kirjallisuuden mittausraporteista esimerkiksi Espoon kohteessa havaittiin tärinän vähenevän selvästi kun teräsbetonipaalu vaihdettiin teräsputkipaaluun. Myös teoreettisesti paalun materiaalilla ja poikkileikkauksella on merkittävä vaikutus syntyvään tärinään. Asennusmenetelmän vaikutus syntyvään tärinään oli myös havaittavissa. Täryttämällä asennettaessa tärinä on kirjallisuuden mittausraporttien mukaan pääsääntöisesti pienempää kuin lyömällä asennettaessa. Tämä tulee erityisesti ilmi Norjalaisessa tutkimuksessa, jossa eri ponttien asennusmenetelmiä oli verrattu toisiinsa samanlaisissa maaperäolosuhteissa. Ero täryttämisen ja lyömällä asentamisen välillä ei kuitenkaan ole välttämättä kovin suuri, ja riippuu muun muassa asennusolosuhteista. Yliopistonrinteen kohteessa, jossa pontteja asennettiin täryttämällä, oli vaimeneminen hitaampaa ja epäjohdonmukaisempaa kuin esimerkiksi Ratinan kohteessa, jossa paaluja asennettiin lyömällä. Myöskään tärinän suuruus ei poikennut merkittävästi Ratinan kohteessa mitatusta, vaikka asennusenergiat olivat suunnilleen samansuuruiset Ratinan ja Yliopistonrinteen kohteissa. Toisaalta maaperäolosuhteet Yliopistonrinteen kohteessa eivät olleet täryasennukselle kovin suotuisat. Joitain mittausraportteja oli saatavilla myös puristamalla asentamiseen liittyen, ja näiden perusteella puristamalla asentamisen aiheuttama tärinä on hyvin vähäistä. Yleisesti voidaan todeta että tärinän minimoimiseksi on tärkeää valita olosuhteisiin sopiva asennusmenetelmä. Tärinän aiheuttamia painumia tarkasteltiin myös lyhyesti. Norjalaisessa tutkimuksessa täryasennus havaittiin painumien kannalta lyömällä tai puristamalla asentamista kriittisemmäksi. Asennusenergian vaikutus syntyvään tärinään oli myös havaittavissa. Esimerkiksi Lappeenrannan mittauskohteessa pudotuskorkeuden kasvattaminen lisäsi selvästi myös tärinää. Toisaalta loppulyöntien aikana tärinä oli pientä sekä kirjallisuudessa esitetyissä mittauksissa, että kokeellisen osuuden mittauksissa. Tämä johtuu oletettavasti tärinälähteen, eli paalun kärjen, sijainnista syvällä maassa, sekä toisaalta iskuenergian johtumisesta kovaan pohjaan pehmeämpien maakerrosten sijaan. Kirjallisuuden mittausraporttien perusteella Franki-paalutuksessa käytetty lyöntitapa jossa isku kohdistetaan suoraan paalun kärkeen, saattaa aiheuttavaa pienempää tärinää asennusenergiaan nähden kuin perinteinen lyöntipaalutus. Aiemmin ja osittain vieläkin on vallalla käsitys, että paalutuksen yhteydessä syntyvä tärinä on pääosin pystysuuntaista. Tämä ajattelu näkyy esimerkiksi tärinän arvioinnissa, jossa usein tarkastellaan nimenomaan tärinän pystykomponenttia. Lisäksi tärinän mittaukseen liittyen on toisinaan havaittavissa pystykomponentin korostaminen jopa niin, että vaakakomponenttien mittausta ei pidetä tarpeellisena. Tämä saattaa johtua siitä, että aiemmin ei ollut mahdollista välttämättä mitata muuta kuin pystykomponenttia. Toisaalta myös kolmikomponenttisessa mittauksessa vaakasuuntien suuntaamisella on vaikutusta saatujen vaakakomponenttien arvoihin. Vaakasuuntien

151 asettaminen niin, että kumpikaan suunta ei ole selvästi pitkittäinen, saattaa aiheuttaa virheellisen johtopäätöksen pystykomponentin hallitsevuudesta. Tehtyjen mittausten perusteella havaittiin, että vaakakomponenteista erityisesti pitkittäisen komponentin osuus on merkittävä. Kaikissa kokeellisen osuuden mittauskohteissa suurin tärinäarvo mitattiin nimenomaan pitkittäiselle komponentille. Lisäksi vaikuttaisi siltä, että komponenttien väliset erot ovat suurimmillaan lähellä paalua, jonka jälkeen erot tasoittuvat kun etäisyys kasvaa. Kirjallisuuden mittaustuloksissa havainnot komponenttien välisestä suuruudesta olivat jakaantuneempia; noin puolessa tapauksista oli pystykomponentti mainittu hallitsevaksi komponentiksi, ja osassa puolestaan pitkittäinen komponentti. Kirjallisuuden mittaustulokset viittasivat osittain myös siihen, että pitkittäinen komponentti olisi merkittävässä asemassa silloin kun paaluja tai pontteja asennetaan tiiviiseen maaperään. Myös kokeellisen osuuden mittauksissa pitkittäinen komponentti kasvoi tiiviitä kerroksia läpäistessä. Paalun kärjen ollessa tiiviissä kerroksessa saattaa paalun vaakasuuntainen heiluminen lisääntyä, mikä voi osaltaan selittää pitkittäisen komponentin hallitsevuutta tiiviissä maakerroksissa. Tärinää arvioidaan yleisesti empiirisiin menetelmiin perustuvilla yhtälöillä. Kokeellisen osuuden tuloksia sekä kirjallisuuden mittausraportteja verrattiin Lyöntipaalutusohjeessakin annettuun kaavaan, jossa tärinän suuruutta arvioidaan asennusenergian ja kertoimen k avulla. Huolimatta kaavan monista puutteista ja epätarkkuustekijöistä, havaittiin sen kuvaavan mitattua tärinää suurimmaksi osaksi hyvin. Kaavan mukainen vaimenemisnopeus vastaa useimmiten todellista tilannetta. Kokeellisen osuuden ja kirjallisuuden mittaustulosten pseudovaimenemisen kertoimet olivat vaakaetäisyyden suhteen tarkasteltaessa keskiarvoltaan hyvin lähellä arvoa m=1, mikä vastaa LPO:n kaavan mukaista vaimenemista. Myös Lyöntipaalutusohjeessa annettu vaihteluväli kertoimelle k (k=0,3 1,5) vastaa suhteellisen hyvin mitattua tärinää. Kokeellisessa osuudessa k-arvot vaihtelivat välillä 0,4 2,2, ja kirjallisuuden mittausraporteissa välillä 0,1 1,5. Keskimääräistä tai tavallisinta arvoa k-kertoimelle on vaikea määrittää, sillä vaihtelu oli aika suurta eri tapausten välillä. Kuitenkaan esimerkiksi arvon k=1 ylittävät tapaukset eivät tämän tarkastelun perusteella ole kovin yleisiä, joskin niitä esiintyy kuitenkin jonkin verran. Kertoimen k tarkempi määrittäminen olisi tarpeellista. Tällä hetkellä siihen ei vaikuta olevan muita keinoja kuin koepaalutus. Useissa lähteissä on esitetty k-kertoimen määrittäminen impedanssin perusteella erääksi vaihtoehdoksi. Tehdyissä mittauksissa kyseinen määritystapa antoi kuitenkin hyvin vaihtelevia tuloksia, eikä se näiden mittausten perusteella sovi sellaisenaan määrittämään k-kerrointa. Syynä tähän lienee se, että paalun impedanssi ei yksin määrää tärinän suuruutta, vaan myös muita tärkeitä asiaan vaikuttavia tekijöitä on olemassa, kuten maaperäolosuhteet. Käsite maan impedanssi kuvaa maaperäolosuhteita, mm. maan jäykkyyttä. Kertoimen k määrittäminen siten, että myös maan impedanssi huomioitaisiin, antaisi luultavasti parempia tuloksia

152 Myös muunlaisia keinoja tärinän arvioimiseksi on esitetty. Tärinän vaimenemista voidaan arvioida Bornizin kaavalla geometrisen vaimenemisen ja materiaalivaimenemisen avulla. Paalutuksen tapauksessa tämä ei ole kuitenkaan kovin toimiva menetelmä, sillä tärinälähteen sijaintia ja syntyvää aaltotyyppiä ei paalutuksessa voida määrittää yksiselitteisesti. Lisäksi menetelmä vaatii vertailuarvon, jonka saamiseksi tarvitaan usein koepaalutus. Tärinän teoreettisiin synty ja leviämistapoihin perustuvia menetelmiä on olemassa ja kehitteillä. ATK-pohjaisesti tehtävä mallinnus on eräs keino tarkastella tärinää, tosin tärinän mallintaminen paalun lähellä on vaikeaa. Massarschin ja Felleniuksen kehittämä teoreettisesti hyvin perusteltu tärinän arvioimistyökalu on mielenkiintoinen tulevaisuuden kannalta. Asian tiimoilta tarvitaan kuitenkin vielä kehittelytyötä ja testausta. Paalutustärinää tarkasteltaessa tärinälähteen ja havaintopisteen välisen etäisyyden määrittäminen on hankalaa. Paalutuksen aikana syntyy tärinää usealla tavalla samaan aikaan; paalun kärjessä, vaipalla, ja paalun vaakasuuntaisen heilumisen seurauksena. Lisäksi paalun kärjen syvyys muuttuu asennuksen aikana. Myös kohdatut maakerrokset muuttuvat paalutuksen edetessä, mikä heijastuu syntyvään tärinään. Perinteisesti etäisyyttä on tarkasteltu vaakasuuntaisena etäisyytenä. Tämä ei kuitenkaan vastaa todellista tilannetta kärjessä syntyvien p-aaltojen osalta. Toisaalta etäisyyttä voidaan tarkastella paalun kärjestä, mikä ei puolestaan anna oikeaa kuvaa R-aaltojen ja pystysuuntaisten s-aaltojen kannalta. Lisäksi havaittiin, että etäisyyden tarkastelutavasta riippuen saatiin hyvin erilaisia tuloksia. Tämän vuoksi olisi tärkeää, että käytettävä etäisyydenmääritys olisi yhtenevä. Yksinkertaisin ratkaisu on tietysti vaakasuuntaisen etäisyyden käyttäminen. Oikeampi ratkaisu olisi esimerkiksi Massarschin ja Felleniuksen esittämä tapa, jossa paalun vaipalla ja kärjessä syntyvien aaltojen osuus määritetään, ja lasketaan molemmille erikseen heilahdusnopeus etäisyyden suhteen. Lisäksi R-aaltojen syntyetäisyys huomioidaan. Hieman tämän kaltaista etäisyydentarkastelutapaa on yritetty käyttää kappaleessa esitetyssä mittaustulosten vaimenemistarkastelussa pseudovaimenemisen osalta. Tällainen tarkastelutapa on kuitenkin varsin hankala käytännön kannalta. Mikäli halutaan päästä lyöntipaalutusohjeessa annetun kaavan mukaista tarkempiin tuloksiin paalutus- ja pontitustärinää ennakoitaessa, täytyy tärinään vaikuttavia tekijöitä huomioida yksityiskohtaisemmin. Tärinän syntymistä paalutuksen aikana täytyy luultavasti tarkastella erikseen paalun kärjessä ja vaipalla syntyvien aaltojen, sekä R- aaltojen osalta kuten Massarsch ja Fellenius ovat esittäneet. Myös tärinälähteen ja tarkastelupisteen välistä etäisyyttä on tällöin tarkasteltava muulla tavalla, kuin pelkästään vaakasuuntaisen etäisyyden suhteen. Paalun vaakasuuntaisen heilumisen suuruus ja merkitys maaperän tärinään tulisi myös selvittää tarkemmin ja ottaa tarvitatessa huomioon tärinän suuruutta arvioitaessa

153 Lappeenrannan kohteessa tärinää mitattiin vertailun vuoksi myös geofoneilla. Saadut tulokset olivat samansuuntaisia kuin kiihtyvyysantureilla mitatessa; tärinän vaihtelu paalutuksen aikana sekä komponenttien väliset erot olivat samanlaisia. Ehkä tärkein tekijä, eli mitatun tärinän amplitudi oli kuitenkin paikoitellen hyvinkin erisuuruinen. Kiihtyvyysmittauksella integroinnin kautta saadut heilahdusnopeuden arvot olivat systemaattisesti pienempiä kuin geofoneilla mitatut, ero oli suurimmillaan noin 40%, ja yksittäisiä tätä suurempiakin eroja havaittiin. Syytä tähän ei keksitty, eikä kummastakaan mittausmenetelmästä löytynyt varsinaisia virheitä. Geofonit ovat luonnostaan tarkkuudeltaan hieman kiihtyvyysantureita heikompia, ne reagoivat heilahdusnopeuden muutoksiin kiihtyvyysantureita hitaammin. Toisaalta kiihtyvyyssignaalin integrointi aiheuttaa epätarkkuutta. Kovin suuria eroavaisuuksia nämä seikat tuskin aiheuttavat. Geofonien ja kiihtyvyysantureiden eroa voisi jatkossa tutkia. Tutkimus olisi hyvä tehdä hallituissa olosuhteissa varsinaisen mittaustilanteen lisäksi

154 LÄHTEET Aabøe, R., Braaten, A. (2000) E18 Kristiansand. Prøvespuntning for en 1000m lang løsmassetunnel. NGM-2000 XIII Nordiska Geoteknikermötet, Helsinki Helsinki, Finnish Geotechnical Society. s Aabøe, R. (2001) Environmental Effects Related to the Construction of a Cut and Cover Road Tunnel. Nordic Road & Transport Research, nro Amick, H. (1999) A Frequency-Dependent Soil Propagation Model. Presented at SIPE Conference on Current Developments in Vibration Control for Optomechanical Systems, Denver, Colorado, July 20, San Mateo, California, Colin Cordon & Associates. 9 p. Athanasopoulos, G.A., Pelekis, P.C. (2000a). Ground vibrations from sheetpile driving in urban environment: measurements, analysis and effects on buildings and occupants. Soil dynamics and earthquake engineering [verkkolehti].vol 19, pp &_user=950195&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C &_version=1&_urlVersion=0&_userid=950195&md5= d17604add01ef75b ceb756b44 Athanasopoulos, G.A., Pelekis, P.C., Anagnostopoulos, G.A. (2000b). Effect of soil stiffness in the attenuation of Rayleigh-wave motions from field measurements. Soil dynamics and earthquake engineering [verkkolehti]. Vol 19, pp &_user=950195&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C &_version=1&_urlVersion=0&_userid=950195&md5=14d051d745f79acd7e6c91ab a71dee29 Attewell, P.B., Farmer, I.W., (1973). Attenuation of Ground Vibrations from Pile Driving. Ground Engineering, Vol 63, No.7, pp Bodare, A & Orrje (1988). Impulse load in a circular surface in an infinite elastic medium. Extended version. KHT jord och bergmekanik, JoB Report No. 23, Stockholm Broers, H., Dieterman, H.A. 1992: Environmental impact of pile-driving. Proceedings of the 4th International Conference on Application of Stress Wave Theory to Piles, The Hague, Balkema. pp

155 Clough, W., Chameau, J-L. (1980). Measured Effects on Vibratory Sheetpile Driving. Journal of The Geotechnical Engineering Division Vol. 106, No. GT10, pp Daemen, J.K., Barkley, R.C., Ghosh, A., Morlock, C.R. and Shoop, S.A. (1983). Ground and Air Vibrations Caused by Surface Blasting. U.S. Bureau of Mines, Washington DC. Das, B.M. (1983) Fundamentals of Soil Dynamics. Elsevier. 399 p. Dowding, C.H. (1996). Construction vibrations. Prentice Hall International Series In Civil Engineering and Engineering Mechanics. 610 p. Glatt, J., Roboski, J., Finno, R. (2004) Sheetpile-induced vibrations at the Lurie excavation project. Engineering for transportation projects. Proceedings of Geo-Trans, Los Angeles, July 27-31, ASCE Geotechnical special publications no.26, vol 2. pp paper2004.pdf Green, J., Nilsson, C.O. (1999). Drivbarhets- och omgivningspåverkansstudier av spontdrivning med vibroutrustning. Examensarbete vid avd. Jord och bergmekanik, KHT. Hakulinen, M. (1994). Paalutustärinä. 16 s. Hakulinen, M. (2007). Rakenteiden dynamiikan perusteet. 54 s. Hall, L. (2000). Simulations and Analyses of Train-Induced Ground Vibrations A Comparative Study of Two- and Three-Dimensional Calculations with Actual Measurements. Doctoral thesis. Stockholm, Sweden. Royal Institute of Technology, Department of Civil and Environmental Engineering, Division of Soil and Rock Mechanics. 196s. Hardin, B.O., Drenevich, V.P., (1972). Shear modulus and damping in soils: Design equations and curves. Proceedings of the American Society of Civil Engineers, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, Vol 98, No.SM7, July pp Heckman, W.S., Hagerty, D.J., (1978). Vibrations Associated with Pile Driving. Journal of the Construction Division Vol 104, December 1978, pp

156 Hiller, D.M., Hope, V.S., (1998). Groundborne vibrations generated by mechanized construction activities. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, Geotechnical Engineering Vol 131, October 1998, pp Holmberg, R. (1984). Vibrations generated by traffic and building construction activities. Stockholm, Swedish Council for Building Research. 114 p. Hwang, J-H., Liang, N., Chen, C-H. (2001) Ground Response during Pile Driving. Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering Vol. 127, No.11, November pp &idtype=cvips&prog=normal Hydra Ram. Innogeo Oy Tärinähaittaselvitys Liikennetärinät. Ympäristöklusterin tutkimusohjelma Eko-Infra, Ympäristöministeriö. 37s. Insinööritoimisto Tamgeo Oy, Perustamisolosuhdeselvitys, Omakotitalo Palsinajärvi, Viiala. Iwanowski, T. & Bodare, A. (1998) On soil damping factor used in wave analysis of pile driving. International conference on Application of Stress-wave Theory to Piles, ed. B.H. Fellenius, Ottawa, May 25-27, 1988, pp Kim, D-S. & Lee J-S. (2000). Propagation and attenuation characteristics of various ground vibrations. Soil dynamics and earthquake engineering [verkkolehti].vol 19, Issue 2, pp &_cdi=5771&_user=950195&_orig=search&_coverDate=02%2F29%2F2000&_sk= &view=c&wchp=dGLbVtbzSkWb&md5=1b58f4e2fb033be612c52f2f52f3a32b&ie=/sdarticle.pdf Koivisto, K. (2004). Katuliikenteen aiheuttaman tärinän vähentäminen syvästabiloinnin avulla. Diplomityö. Teknillinen korkeakoulu, Rakennus- ja Ympäristötekniikan osasto. 120s. + liitteet 50s. Linehan, P.W., Longinow, A., Dowding, C.H. (1991). Pipe Response to Pile Driving and Adjacent Excavation. Journal of Geotechnical Engineering, Vol 18, No.2, February 1991, pp

157 Massarsch, K.R., (1992). Keynote lecture: Static and dynamic soil displacements caused by pile driving. Proceedings of the fourth international Conference on the Application of Stress-Wave Theory to Piles, The Hague, the Netherlands, Sept Massarsch, K.R., (2000). Settlements and damage caused by construction-induced vibrations. Proceedings of the International Workshop Wave 2000, Bochum, Germany December 2000, pp Massarsch, K.R., Bodare, A. & Smekal, A. (2002). Effects of Vibrations from Railway Traffic. In: PrognosVib, Prognos av vibrationer från spårbunden traffic. Delrapport 1. Sweden, Banverket. Massarsch, K.R., (2002). Ground Vibrations Caused by Soil Compaction. Wave 2002 international seminar in Okayama, Japan. Massarsch, K.R., Fellenius, B.H. (2008). Ground Vibrations Induced by Impact Pile Driving. 6th International Conference on Casse Histories in Geotechnical Engineering, Arlington, VA, August 11-16, 2008 Miller, G.F. & Pursey, H. (1955). On the Partition of Energy Between Elastic Waves in a Semi-Infinite Solid. Proc Royal Society, London, A, v. 233, pp Möller, B., Larsson, R., Bengtsson, P-E., Moritz, L. (2000). Geodynamik i praktiken. Lindköping, SGI Information s. Parola, J.F. (1970) Mechanics of impact pile driving Väitöskirja, Department of Civil Engineering, University of Illinois, Urbana, IL, 236p. Pålkommissionen, Omgivnigspåverkan vid pål- och spontslagning. Rapport 95. Linköping 1997 Ramshaw, C.L., Selby, A.R., Bettess, P. (1998) Computation of the Transmission of Waves From Pile Driving. In: Skipp, B.O. Ground dynamics, and man-made processes. Institution of Civil Engineers, Great Britain. Ground Engineering. pp Rao, P. M., (1993), Effect of pile geometry and soil saturation in the behavior of nondisplacement piles installed by vibration., MSc thesis presented to the Faculty of the Dep. of Civil and Environmental Engineering, University of Houston, Texas

158 Richart, F.E., Hall, J.R., Woods, R.D. (1970).Vibrations of Soils and Foundations. Michigan, Prentice-Hall International Series In Theoretical and Applied Mechanics. 414 p. Riihimäki, T. (2008). MPR-5110 Pohjarakenteet, Paalujen lyönti, luento Tampere, Tampereen Teknillinen Yliopisto. Luentomateriaali 46s. RIL (2001). Suurpaalutusohje SPO Helsinki, Suomen Rakennusinsinöörien liitto RIL ry, Suomen geoteknillinen yhdistys ry. 150s. RIL (2005). Lyöntipaalutusohje LPO-2005, Teräsbetoni- ja puupaalut. Helsinki, Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry, Suomen geoteknillinen yhdistys ry. 134s. RIL (2007). Pienpaalutusohje PPO-2007, Teräksiset lyönti-, pora- ja puristuspaalut. Helsinki, Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry, Suomen geoteknillinen yhdistys ry. 226s. Rockhill, D.J., Bolton, M.D., White, D.J. (2003). Ground-borne vibrations due to pressin piling operations. Cambridge University Engineering Department. 13 p. Taipale, H. (1991). Paalutustärinän arviointi kirjallisuuden ja mittausten perusteella. Diplomityö. Teknillinen korkeakoulu, Rakennus- ja maanmittaustekniikan osasto. 89s. + liitteet. Tatko, P.J. (1973). Vibrations from Franki Pile Driving: Measurement and Prediction, M.S. theses, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, June, 197 p. TESPA (1995). Technical European Sheet Piling Association, brochure 1995 Tiehallinto (2001). Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet, TIEH Helsinki. 51s. + liitteet. van Staalduinen, P.C. (1990). Vibration measurements during pile driving and evaluation of measurement results with regard to damage to building structures. TNO Building and Construction Research, Delft, Netherlands

159 Waarts, P.H., Bielefeld, M.W. (1994). Prediction and control of vibrations due to pile driving and sheet pile vibration. Fift International Conference & Exhibition on Piling and Deep Foundations, Bruges, Belgium White, D., Finlay, T., Bolton, M., Bearss, G. (2002). Press-in piling: Ground vibration and noise during pile installation. Proceedings of the international Deep Foundation Congress. Orlando, USA. ASCE Special publication 116, pp Viking, K., Green, J., Nilsson, C.O. (2000a). Genererade och uppmätta markvibrationer vid vibrodrivning av spont. NGM-2000 XIII Nordiska Geoteknikermötet, Helsinki Helsinki, Finnish Geotechnical Society. s Viking, K., Green, J., Nilsson, C.O. (2000b). Fältstudier av vibro installerad sponts drivbarhet. NGM-2000 XIII Nordiska Geoteknikermötet, Helsinki Helsinki, Finnish Geotechnical Society. s Viking, K. (2002). Vibro-driveability A field study of vibratory driven sheet piles in non-cohesive soils. Doctoral thesis. Stockholm. Royal Institute of Technology (KTH), Department of Civil and Architectural Engineering. 286 p. Woods, R.D. and Jedele, L.P. (1985). Energy-Attenuation Relationships from Construction Vibrations. Vibration Problems in Geotechnical Engineering, Proceedings of a Symposium Sponsored by the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Detroit, Michigan, October Woods, R. (1997). Dynamic Effects of Pile Installations on Adjacent structures. NCHPR Synthesis 253, Transportation Research Board, National Research Council, Washington, D.C. 96p. VTI Technologies. Pienkiihtyvyyden mittaus. VTT (2001). Rautatietärinän vaikutus rakenteisiin vaurioalttiuden kartoittaminen ja mittaaminen. Luonnos VTT (2006). Suositus liikennetärinän arvioimiseksi maankäytön suunnittelussa. Vuola, P. (1996). Dynamic Compaction of saturated Sand. Lisensiaatintutkimus. Tampere. Tampere University of Technology, Geotechnical Laboratory. 66p

160 Vuolio, R. (1985). Räjäytys- ja louhintatöiden suunnittelu ja suorittaminen. 2. painos. Helsinki, Suomen Maarakentajien Keskusliitto r.y. 256 s

161 LIITE 1, SIVU 1/1 LIITE 1 Yhteenveto kirjallisuuden tärinämittauksista. Tärinän vaimeneminen materiaalivaimenemisen ja geometrisen vaimenemisen mukaan (n ja α), sekä vaimeneminen pseudovaimenemisen mukaan (m). Taulukossa on sekä kirjallisuudessa annetut arvot, että kirjallisuuden mittaustuloksista määritetyt arvot. Artikkelissa annettu Määritetty maksimiarvoista Kohde n ja α m m k Tatko, 1978 Boston 1 lyönti 1,5 0,4 Linehan, 1984 Phoenix 2 lyönti 1,7 0,8 3 lyönti 1,6 0,8 4 täry 1,8 0,6 Kim & Lee, 2000 Hwang et al Jaksa et al Chicago 5 lyönti 0,7 0,25 6 täry 1,6 1,5 Pusan 7 lyönti n=1, α=0,026 1,4 0,15 Taiwan 8 lyönti 1 1 Australia 9 lyönti 0,5 0,1 10 lyönti 1,2 0,2 Taipale 1990 Helsinki, Ruoholahti 11 lyönti 2 0,4 12 lyönti 1,4 0,3 Clough & Chameau, 1980 Marina Green 13 lyönti 1,2 0,3 14 täry n=?, α=0,07 1,1 1,5 Embarcadero 15 täry n=?, α=0,2 1,6 1,3 Kreikka 16 täry 0,6 0,1 Kreikka 17 täry 0,18 0,2 Kreikka 18 täry 1,1 0,4 Athanasopoulos & Pelekis, 2000 Kreikka 19 täry 1,9 0,6 Kreikka 20 täry noin 1,5 0,5 0,4 Kreikka 21 täry - - Kreikka 22 täry - - Kreikka 23 täry 1 0,3 Viking et al Kreikka 24 täry - - Tukholma 25 täry n=0,5, α=0,07 0,5 - Vårby 26 täry n=0,5, α=0,13 1,2 - Glatt et al Chicago 27 täry 1,2-1,4 Aaboe & Braaten 1998, 2000 White et al Rockhill et al. Norja A 28 Norja B 29 0,7 - lyönti 0,8 - täry 1 - puristus 1 - lyönti 1 - täry 0,9 - New Orleans 30 puristus 1 0,8-0,5, kun et 0- useita 31 puristus 2m, 1, kun et. kohteita Yli 2m 1 - ka. Lyönti 1,2 0,4 ka. Täry 1,0 0,7 ka. Puristus 0,9 - ka. Yhteensä 1,1 0,6

162 LIITE 2, SIVU 1/21 LIITE 2 Mittaustuloksia Ratina - Tärinä paalun syvyyden suhteen - Taajuus: Vaakakomponentit Viiala - Tärinä paalun syvyyden suhteen - Taajuus: Tiiviin kerroksen läpäisy, loppulyönnit Lappeenranta - Tärinä paalun syvyyden suhteen - Taajuus: Paalutuksen alku, paalutuksen keskivaihe vaakakomponentti 2 osalta. Yliopistonrinne - Tärinä pontin syvyyden suhteen - Taajuus: kärjen syvyys 0,5m, 5,7m, 9,4m 21 SIVUA

163 LIITE 2, SIVU 2/21 RATINA: Heilahdusnopeus paalutusvastuksen ja paalun tunkeutumissyvyyden funktiona. a) Paalu 1 b) Paalu 2

164 c) Paalu 3 LIITE 2, SIVU 3/21

165 LIITE 2, SIVU 4/21 RATINA: Paalu 3:n asentamisen aikaisen tärinän taajuusjakauma vaakasuuntaisten komponenttien osalta a) Pintakerros, vaakakomponentti 1. Vasemmalla MP1, oikealla MP3. b) Pintakerros, vaakakomponentti 2. Vasemmalla MP1, oikealla MP3. c) Tiivis pohjakerros, vaakakomponentti 1. Vasemmalla MP1, oikealla MP3. d) Tiivis pohjakerros, vaakakomponentti 2. Vasemmalla MP1, oikealla MP3.

166 LIITE 2, SIVU 5/21 VIIALA: funktiona. Heilahdusnopeus paalutusvastuksen ja paalun tunkeutumissyvyyden a) Paalu 9, RR90

167 b) Paalu 21, RR90 LIITE 2, SIVU 6/21

168 c) Paalu 16, RR115/6,3 LIITE 2, SIVU 7/21

169 d) Paalu 7, RR115/6,3 LIITE 2, SIVU 8/21

170 e) Paalu 8, RR115/6,3 LIITE 2, SIVU 9/21

171 f) Paalu 17, RR115/8 LIITE 2, SIVU 10/21

172 LIITE 2, SIVU 11/21 VIIALA: Tärinän taajuus, Paalu 9 a) Tiivis kerros, pystykomponentti, vasemmalla MP2 (etäisyys d = 3m), oikealla MP4 (d = 11,7m) b) Tiivis kerros, pitkittäinen komponentti, vasemmalla MP2 (etäisyys d = 3m, vaaka 2), oikealla MP4 (d = 11,7m, vaaka 1) c) Tiivis kerros, poikittainen komponentti, vasemmalla MP2 (etäisyys d = 3m, vaaka 1), oikealla MP4 (d = 11,7m, vaaka 2)

173 LIITE 2, SIVU 12/21 d) Loppulyönnit, pystykomponentti, vasemmalla MP2 (etäisyys d = 3m), oikealla MP4 (d = 11,7m) e) Loppulyönnit, pitkittäinen komponentti, vasemmalla MP2 (etäisyys d = 3m, vaaka 2), oikealla MP4 (d = 11,7m, vaaka 1) f) Loppulyönnit, poikittainen komponentti, vasemmalla MP2 (etäisyys d = 3m, vaaka 1), oikealla MP4 (d = 11,7m, vaaka 2)

174 LIITE 2, SIVU 13/21 LAPPEENRANTA: Heilahdusnopeus paalutusvastuksen ja paalun tunkeutumissyvyyden funktiona. a) Paalu 1, 700 mm

175 b) Paalu 4, 800mm LIITE 2, SIVU 14/21

176 LIITE 2, SIVU 15/21 LAPPEENRANTA: Tärinän taajuus, Paalu 4 a) Paalutuksen alku, pystykomponentti. Vasemmalla MP2 (etäisyys d = 13m), oikealla MP4 (d = 25m) b) Paalutuksen alku, vaakakomponentti 1. Vasemmalla MP2 (etäisyys d = 13m, pitk.), oikealla MP4 (d = 25m) c) Paalutuksen alku, vaakakomponentti 2. Vasemmalla MP2 (etäisyys d = 13m, poik.), oikealla MP4 (d = 25m)

177 LIITE 2, SIVU 16/21 b) Paalutuksen keskivaihe, vaakakomponentti 2. MP1 (d = 7m, poik.), MP2 (d = 13m, poik.) ja MP4 (d = 25m)

178 LIITE 2, SIVU 17/21 YLIOPISTONRINNE: Heilahdusnopeus pontin tunkeutumisajan ja tunkeutumissyvyyden funktiona. a) Pontti 1, Larssen 603

179 LIITE 2, SIVU 18/21

180 b) Pontti 2, Larssen 603 LIITE 2, SIVU 19/21

181 LIITE 2, SIVU 20/21 YLIOPISTONRINNE: Tärinän taajuus, Pontti 2. a) Kärjen syvyys alle 0,5 m. Tunkeutumisaika alle 60 s/m. Ylhäällä vasemmalla pystykomponentti, ylhäällä oikealla pitkittäinen komponentti, alhaalla poikittainen komponentti. b) Kärjen syvyys 5,7 m. Tunkeutumisaika yli 120 s/m. Ylhäällä vasemmalla pystykomponentti, ylhäällä oikealla pitkittäinen komponentti, alhaalla poikittainen komponentti.

182 LIITE 2, SIVU 21/21 c) Kärjen syvyys 9,4 m. Tunkeutumisaika s/m. Ylhäällä vasemmalla pystykomponentti, ylhäällä oikealla pitkittäinen komponentti, alhaalla poikittainen komponentti.

183 LIITE 3, SIVU 1/6 LIITE 3 Matlab sovitukset 1) Bornizin kaavan mukainen vaimeneminen sovitettuna mitaustulosten maksimiarvoihin, kun geometrisen vaimenemisen kerroin n=0,5 Ratina - Pintakerros - Pehmeä kerros - Alemmat kerrokset Viiala - Lyöntien aloitusvaihe - Tiivis kerros Lappeenranta Yliopistonrinne - Alle 60s/m - Yli 60s/m 2) Lyöntipaalutusohjeen kaava sovitettuna mittaustulosten maksimiarvoihin Ratina Viiala Lappeenranta Yliopistonrinne 6 SIVUA

184 LIITE 3, SIVU 2/6 1) Bornizin kaavan mukainen vaimeneminen sovitettuna mitaustulosten maksimiarvoihin, kun geometrisen vaimenemisen kerroin n=0,5 RATINA, Pintakerros 0-3m General model: f(x) = 6.9*(13/x)^0.5* exp(a*(13-x)) Coefficients (with 95% confidence bounds): a = ( , ) Goodness of fit: SSE: R-square: Adjusted R-square: RMSE: RATINA, Pehmeä kerros 2-9m, lyöntivastus alle 20lnt/0,5m General model: f(x) = 4*(8/x)^0.5* exp(a*(8-x)) Coefficients (with 95% confidence bounds): a = (0.0218, ) Goodness of fit: SSE: R-square: Adjusted R-square: RMSE: RATINA, Alemmat kerrokset 9-19m, 20-80lnt/0,5m General model: f(x) = 9.1*(8/x)^0.5* exp(a*(8-x)) Coefficients (with 95% confidence bounds): a = ( , ) Goodness of fit: SSE: 3.77 R-square: Adjusted R-square: RMSE: 0.614

185 LIITE 3, SIVU 3/6 1) Bornizin kaavan mukainen vaimeneminen sovitettuna mitaustulosten maksimiarvoihin, kun geometrisen vaimenemisen kerroin n=0,5 VIIALA, Lyöntien alkuvaihe General model: f(x) = 10.65*(2/x)^0.5* exp(a*(2-x)) Coefficients (with 95% confidence bounds): a = (0.1498, ) Goodness of fit: SSE: R-square: Adjusted R-square: RMSE: VIIALA, Tiivis kerros General model: f(x) = 3.7*(2/x)^0.5* exp(a*(2-x)) Coefficients (with 95% confidence bounds): a = ( , ) Goodness of fit: SSE: R-square: Adjusted R-square: RMSE: LAPPEENRANTA. General model: f(x) = 62.7*(7/x)^0.5* exp(a*(7-x)) Coefficients (with 95% confidence bounds): a = (0.1095, 0.162) Goodness of fit: SSE: R-square: Adjusted R-square: RMSE: 2.42

186 LIITE 3, SIVU 4/6 1) Bornizin kaavan mukainen vaimeneminen sovitettuna mitaustulosten maksimiarvoihin, kun geometrisen vaimenemisen kerroin n=0,5 YLIOPISTONRINNE, Alle 60s/m General model: f(x) = 7*(3/x)^0.5* exp(a*(3-x)) Coefficients (with 95% confidence bounds): a = ( , ) Goodness of fit: SSE: R-square: Adjusted R-square: RMSE: YLIOPISTONRINNE, Yli 120s/m General model: f(x) = 19.3*(2.9/x)^0.5* exp(a*(2.9-x)) Coefficients (with 95% confidence bounds): a = ( , ) Goodness of fit: SSE: R-square: Adjusted R-square: RMSE: 3.346

187 LIITE 3, SIVU 5/6 2) LPO:n kaava sovitettuna mittaustulosten maksimiarvoihin RATINA Linear model: f(x) = k*(11800^0.5)/x Coefficients (with 95% confidence bounds): k = (0.6163, ) Goodness of fit: SSE: R-square: Adjusted R-square: RMSE: VIIALA. Linear model: f(x) = k*(2035^0.5)/x Coefficients (with 95% confidence bounds): k = (0.3721, ) Goodness of fit: SSE: 3.04 R-square: Adjusted R-square: RMSE: LAPPEENRANTA. Linear model: f(x) = k*(39240^0.5)/x Coefficients (with 95% confidence bounds): k = (0.792, 2.853) Goodness of fit: SSE: R-square: Adjusted R-square: RMSE: 11.36

188 LIITE 3, SIVU 6/6 2) LPO:n kaava sovitettuna mittaustulosten maksimiarvoihin LAPPEENRANTA. Lähin mittapiste jätetty huomioimatta. Linear model: f(x) = k*(39240^0.5)/x Coefficients (with 95% confidence bounds): k = (0.2444, 1.939) Goodness of fit: SSE: R-square: Adjusted R-square: RMSE: YLIOPISTONRINNE. Linear model: f(x) = k*(10000^0.5)/x Coefficients (with 95% confidence bounds): k = (0.3966, ) Goodness of fit: SSE: R-square: Adjusted R-square: RMSE: 3.893

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA 1 SEISOVA AALTOLIIKE MOTIVOINTI Työssä tutkitaan poikittaista ja pitkittäistä aaltoliikettä pitkässä langassa ja jousessa. Tarkastellaan seisovaa aaltoliikettä. Määritetään aaltoliikkeen etenemisnopeus

Lisätiedot

Paalutyypin vaihto projektissa 10/12/2012

Paalutyypin vaihto projektissa 10/12/2012 Paalutyypin vaihto projektissa 1 Tarmo Tarkkio, Skanska Infra oy 2 PAALUTYYPIN VALINTA- MYSTEERI? Pohjarakennus selostusta 3 Pohjarakennus selostusta, jatkuu 4 Pohjarakennus selostusta, jatkuu 5 Juha Vunneli,

Lisätiedot

Häiriöt kaukokentässä

Häiriöt kaukokentässä Häiriöt kaukokentässä eli kun ollaan kaukana antennista Tavoitteet Tuntee keskeiset periaatteet radioteitse tapahtuvan häiriön kytkeytymiseen ja suojaukseen Tunnistaa kauko- ja lähikentän sähkömagneettisessa

Lisätiedot

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen Luku 11 Aaltojen heijastuminen ja taittuminen Tässä luvussa käsitellään sähkömagneettisten aaltojen heijastumista ja taittumista väliaineiden rajapinnalla. Rajoitutaan monokromaattisiin aaltoihin ja oletetaan

Lisätiedot

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Mekaniikan jatkokurssi Fys102 Mekaniikan jatkokurssi Fys10 Kevät 010 Jukka Maalampi LUENTO 8 Vaimennettu värähtely Elävässä elämässä heilureiden ja muiden värähtelijöiden liike sammuu ennemmin tai myöhemmin. Vastusvoimien takia värähtelijän

Lisätiedot

Insinööritoimisto Geotesti Oy TÄRINÄSELIVITYS TYÖNRO 060304. Toijalan asema-alueen tärinäselvitys. Toijala

Insinööritoimisto Geotesti Oy TÄRINÄSELIVITYS TYÖNRO 060304. Toijalan asema-alueen tärinäselvitys. Toijala Insinööritoimisto Geotesti Oy TÄRINÄSELIVITYS TYÖNRO 060304 Toijalan asema-alueen tärinäselvitys Toijala Insinööritoimisto TÄRINÄSELVITYS Geotesti Oy RI Tiina Ärväs 02.01.2006 1(8) TYÖNRO 060304 Toijalan

Lisätiedot

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen Luku 11 Aaltojen heijastuminen ja taittuminen Tässä luvussa käsitellään sähkömagneettisten aaltojen heijastumista ja taittumista väliaineiden rajapinnalla. Rajoitutaan monokromaattisiin aaltoihin ja oletetaan

Lisätiedot

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Mekaniikan jatkokurssi Fys102 Mekaniikan jatkokurssi Fys12 Kevät 21 Jukka Maalampi LUENTO 11 Mekaaninen aaltoliike alto = avaruudessa etenevä järjestäytynyt häiriö. alto altoja on kahdenlaisia: Poikittainen aalto - poikkeamat kohtisuorassa

Lisätiedot

23 VALON POLARISAATIO 23.1 Johdanto. 23.2 Valon polarisointi ja polarisaation havaitseminen

23 VALON POLARISAATIO 23.1 Johdanto. 23.2 Valon polarisointi ja polarisaation havaitseminen 3 VALON POLARISAATIO 3.1 Johdanto Mawellin htälöiden avulla voidaan johtaa aaltohtälö sähkömagneettisen säteiln etenemiselle väliaineessa. Mawellin htälöiden ratkaisusta seuraa aina, että valo on poikittaista

Lisätiedot

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014 Mittalaitetekniikka NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014 1 1. VAIHTOSÄHKÖ, PERUSKÄSITTEITÄ AC = Alternating current Jatkossa puhutaan vaihtojännitteestä. Yhtä hyvin voitaisiin tarkastella

Lisätiedot

Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta. Materiaali- ja kalliotekniikan koulutusohjelma KALLIORAKENTAMISEN AIHEUTTAMAT TÄRINÄT JA

Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta. Materiaali- ja kalliotekniikan koulutusohjelma KALLIORAKENTAMISEN AIHEUTTAMAT TÄRINÄT JA TEKNILLINEN KORKEAKOULU Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta Materiaali- ja kalliotekniikan koulutusohjelma Jussi Haiko KALLIORAKENTAMISEN AIHEUTTAMAT TÄRINÄT JA VÄRÄHTELYT HÄIRIÖTEKIJÄNÄ Diplomityö,

Lisätiedot

FYSA220/K2 (FYS222/K2) Vaimeneva värähtely

FYSA220/K2 (FYS222/K2) Vaimeneva värähtely FYSA/K (FYS/K) Vaimeneva värähtely Työssä tutkitaan vaimenevaa sähköistä värähysliikettä. Erityisesti pyritään havainnollistamaan kelan inuktanssin, konensaattorin kapasitanssin ja ohmisen vastuksen suuruuksien

Lisätiedot

= vaimenevan värähdysliikkeen taajuus)

= vaimenevan värähdysliikkeen taajuus) Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 7: MEKAANINEN VÄRÄHTELIJÄ Teoriaa Vaimeneva värähdysliike y ŷ ŷ ŷ t T Kuva. Vaimeneva värähdysliike ajan funktiona.

Lisätiedot

3 Ääni ja kuulo. Ihmiskorva aistii paineen vaihteluita, joten yleensä äänestä puhuttaessa määritellään ääniaalto paineen vaihteluiden kautta.

3 Ääni ja kuulo. Ihmiskorva aistii paineen vaihteluita, joten yleensä äänestä puhuttaessa määritellään ääniaalto paineen vaihteluiden kautta. 3 Ääni ja kuulo 1 Mekaanisista aalloista ääni on ihmisen kannalta tärkein. Ääni on pitkittäistä aaltoliikettä, eli ilman (tai muun väliaineen) hiukkaset värähtelevät suuntaan joka on sama kuin aallon etenemissuunta.

Lisätiedot

Taustaselvitykset RAKENTAMISEN AIHEUTTAMAT TÄRINÄT -PROJEKTI 1(130) Maa- ja pohjarakenteet

Taustaselvitykset RAKENTAMISEN AIHEUTTAMAT TÄRINÄT -PROJEKTI 1(130) Maa- ja pohjarakenteet Maa- ja pohjarakenteet 1 RAKENTAMISEN AIHEUTTAMAT TÄRINÄT -PROJEKTI Taustaselvitykset Postiosoite Käyntiosoite Vaihde Faksi PL 600 33101 Tampere Korkeakoulunkatu 5, 33720 Tampere 03-3115 111 03-3115 2884

Lisätiedot

Aaltoliike ajan suhteen:

Aaltoliike ajan suhteen: Aaltoliike Aaltoliike on etenevää värähtelyä Värähdysliikkeen jaksonaika T on yhteen värähdykseen kuluva aika Värähtelyn taajuus on sekunnissa tapahtuvien värähdysten lukumäärä Taajuuden ƒ yksikkö Hz (hertsi,

Lisätiedot

Muodonmuutostila hum 30.8.13

Muodonmuutostila hum 30.8.13 Muodonmuutostila Tarkastellaan kuvan 1 kappaletta Ω, jonka pisteet siirtvät ulkoisen kuormituksen johdosta siten, että siirtmien tapahduttua ne muodostavat kappaleen Ω'. Esimerkiksi piste A siirt asemaan

Lisätiedot

Puheen akustiikan perusteita Mitä puhe on? 2.luento. Äänet, resonanssi ja spektrit. Äänen tuotto ja eteneminen. Puhe äänenä

Puheen akustiikan perusteita Mitä puhe on? 2.luento. Äänet, resonanssi ja spektrit. Äänen tuotto ja eteneminen. Puhe äänenä Puheen akustiikan perusteita Mitä puhe on? 2.luento Martti Vainio Äänet, resonanssi ja spektrit Fonetiikan laitos, Helsingin yliopisto Puheen akustiikan perusteita p.1/37 S-114.770 Kieli kommunikaatiossa...

Lisätiedot

S-108-2110 OPTIIKKA 1/10 Laboratoriotyö: Polarisaatio POLARISAATIO. Laboratoriotyö

S-108-2110 OPTIIKKA 1/10 Laboratoriotyö: Polarisaatio POLARISAATIO. Laboratoriotyö S-108-2110 OPTIIKKA 1/10 POLARISAATIO Laboratoriotyö S-108-2110 OPTIIKKA 2/10 SISÄLLYSLUETTELO 1 Polarisaatio...3 2 Työn suoritus...6 2.1 Työvälineet...6 2.2 Mittaukset...6 2.2.1 Malus:in laki...6 2.2.2

Lisätiedot

ÄÄNTÄ VAHVISTAVAT OLOSUHDETEKIJÄT. Erkki Björk. Kuopion yliopisto PL 1627, 70211 Kuopion erkki.bjork@uku.fi 1 JOHDANTO

ÄÄNTÄ VAHVISTAVAT OLOSUHDETEKIJÄT. Erkki Björk. Kuopion yliopisto PL 1627, 70211 Kuopion erkki.bjork@uku.fi 1 JOHDANTO ÄÄNTÄ VAHVISTAVAT OLOSUHDETEKIJÄT Erkki Björk Kuopion yliopisto PL 1627, 7211 Kuopion erkki.bjork@uku.fi 1 JOHDANTO Melun vaimeneminen ulkoympäristössä riippuu sää- ja ympäristöolosuhteista. Tärkein ääntä

Lisätiedot

Keskustaajaman asemakaavan päivitys

Keskustaajaman asemakaavan päivitys SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA Osmontie 34 PL 950 00601 Helsinki PARIKKALAN KUNTA Keskustaajaman asemakaavan päivitys Tärinäselvitys FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY P19440 Raportti Matti Hakulinen Sisällysluettelo

Lisätiedot

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1 Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla Työvuoro 40 pari 1 Tero Marttila Joel Pirttimaa TLT 78949E EST 78997S Selostuksen laati Tero Marttila Mittaukset suoritettu 12.11.2012 Selostus palautettu 19.11.2012

Lisätiedot

YLEINEN AALTOLIIKEOPPI

YLEINEN AALTOLIIKEOPPI YLEINEN AALTOLIIKEOPPI KEVÄT 2017 1 Saana-Maija Huttula (saana.huttula@oulu.fi) Maanantai Tiistai Keskiviikko Torstai Perjantai Vk 8 Luento 1 Mekaaniset aallot 1 Luento 2 Mekaaniset aallot 2 Ääni ja kuuleminen

Lisätiedot

Tietoliikennesignaalit & spektri

Tietoliikennesignaalit & spektri Tietoliikennesignaalit & spektri 1 Tietoliikenne = informaation siirtoa sähköisiä signaaleja käyttäen. Signaali = vaihteleva jännite (tms.), jonka vaihteluun on sisällytetty informaatiota. Signaalin ominaisuuksia

Lisätiedot

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2012 Insinöörivalinnan fysiikan koe 30.5.2012, malliratkaisut

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2012 Insinöörivalinnan fysiikan koe 30.5.2012, malliratkaisut A1 Kappale, jonka massa m = 2,1 kg, lähtee liikkeelle levosta paikasta x = 0,0 m pitkin vaakasuoraa alustaa. Kappaleeseen vaikuttaa vaakasuora vetävä voima F, jonka suuruus riippuu paikasta oheisen kuvan

Lisätiedot

FYS03: Aaltoliike. kurssin muistiinpanot. Rami Nuotio

FYS03: Aaltoliike. kurssin muistiinpanot. Rami Nuotio FYS03: Aaltoliike kurssin muistiinpanot Rami Nuotio päivitetty 24.1.2010 Sisältö 1. Mekaaninen aaltoliike 2 1.1. Harmoninen voima 2 1.2. Harmoninen värähdysliike 2 1.3. Mekaaninen aalto 3 1.4. Mekaanisen

Lisätiedot

Teräsrakenteiden maanjäristysmitoitus

Teräsrakenteiden maanjäristysmitoitus Teräsrakenteiden maanjäristysmitoitus Teräsrakenteiden T&K-päivät Helsinki 28. 29.5.2013 Jussi Jalkanen, Jyri Tuori ja Erkki Hömmö Sisältö 1. Maanjäristyksistä 2. Seismisten kuormien suuruus ja kiihtyvyysspektri

Lisätiedot

SISÄLTÖ Venymän käsite Liukuman käsite Venymä ja liukuma lujuusopin sovelluksissa

SISÄLTÖ Venymän käsite Liukuman käsite Venymä ja liukuma lujuusopin sovelluksissa SISÄLTÖ Venymän käsite Liukuman käsite Venymä ja liukuma lujuusopin sovelluksissa 1 SISÄLTÖ 1. Siirtymä 2 1 2.1 MUODONMUUTOS Muodonmuutos (deformaatio) Tapahtuu, kun kappaleeseen vaikuttaa voima/voimia

Lisätiedot

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet Luento 23.11.2015 Susanna Hurme, Yliopistonlehtori, TkT Luennon sisältö Hooken laki lineaaris-elastiselle materiaalille (Reddy, kpl 6.2.3) Lujuusoppia: sauva (Reddy,

Lisätiedot

2.1 Ääni aaltoliikkeenä

2.1 Ääni aaltoliikkeenä 2. Ääni Äänen tutkimusta kutsutaan akustiikaksi. Akustiikassa tutkitaan äänen tuottamista, äänen ominaisuuksia, soittimia, musiikkia, puhetta, äänen etenemistä ja kuulemisen fysiologiaa. Ääni kuljettaa

Lisätiedot

Jakso 6: Värähdysliikkeet Tämän jakson tehtävät on näytettävä viimeistään torstaina

Jakso 6: Värähdysliikkeet Tämän jakson tehtävät on näytettävä viimeistään torstaina Jakso 6: Värähdysliikkeet Tämän jakson tehtävät on näytettävä viimeistään torstaina 31.5.2012. T 6.1 (pakollinen): Massa on kiinnitetty pystysuoran jouseen. Massaa poikkeutetaan niin, että se alkaa värähdellä.

Lisätiedot

Perusopintojen Laboratoriotöiden Työselostus 1

Perusopintojen Laboratoriotöiden Työselostus 1 Perusopintojen Laboratoriotöiden Työselostus 1 Kalle Hyvönen Työ tehty 1. joulukuuta 008, Palautettu 30. tammikuuta 009 1 Assistentti: Mika Torkkeli Tiivistelmä Laboratoriossa tehdyssä ensimmäisessä kokeessa

Lisätiedot

FYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE 30.01.2014 VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!!

FYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE 30.01.2014 VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!! FYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE 30.01.2014 VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!! 1. Vastaa, ovatko seuraavat väittämät oikein vai väärin. Perustelua ei tarvitse kirjoittaa. a) Atomi ei voi lähettää

Lisätiedot

on radan suuntaiseen komponentti eli tangenttikomponentti ja on radan kaarevuuskeskipisteeseen osoittavaan komponentti. (ks. kuva 1).

on radan suuntaiseen komponentti eli tangenttikomponentti ja on radan kaarevuuskeskipisteeseen osoittavaan komponentti. (ks. kuva 1). H E I L U R I T 1) Matemaattinen heiluri = painottoman langan päässä heilahteleva massapiste (ks. kuva1) kuva 1. - heilurin pituus l - tasapainoasema O - ääriasemat A ja B - heilahduskulma - heilahdusaika

Lisätiedot

RYHMÄKERROIN ÄÄNILÄHDERYHMÄN SUUNTAAVUUDEN

RYHMÄKERROIN ÄÄNILÄHDERYHMÄN SUUNTAAVUUDEN ÄÄNILÄHDERYHMÄN SUUNTAAVUUDEN ARVIOINNISSA Seppo Uosukainen, Jukka Tanttari, Heikki Isomoisio, Esa Nousiainen, Ville Veijanen, Virpi Hankaniemi VTT PL, 44 VTT etunimi.sukunimi@vtt.fi Wärtsilä Finland Oy

Lisätiedot

Luvun 10 laskuesimerkit

Luvun 10 laskuesimerkit Luvun 10 laskuesimerkit Esimerkki 10.1 Tee-se-itse putkimies ei saa vesiputken kiinnitystä auki putkipihdeillään, joten hän päättää lisätä vääntömomenttia jatkamalla pihtien vartta siihen tiukasti sopivalla

Lisätiedot

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Mekaniikan jatkokurssi Fys102 Mekaniikan jatkokurssi Fys102 Syksy 2009 Jukka Maalampi LUENTO 12 Aallot kahdessa ja kolmessa ulottuvuudessa Toistaiseksi on tarkasteltu aaltoja, jotka etenevät yhteen suuntaan. Yleisempiä tapauksia ovat

Lisätiedot

Puisten kävelysiltojen värähtelymittaukset

Puisten kävelysiltojen värähtelymittaukset Puisten kävelysiltojen värähtelymittaukset Puupäivä, 28.11.2013, Wanha Satama, Helsinki Asko Talja, VTT Timo Tirkkonen, Liikennevirasto 2 Esityksen sisältö Tausta ja tavoitteet Mitatut sillat Koeohjelma

Lisätiedot

Sampomuunnos, kallistuneen lähettimen vaikutuksen poistaminen Matti Oksama

Sampomuunnos, kallistuneen lähettimen vaikutuksen poistaminen Matti Oksama ESY Q16.2/2006/4 28.11.2006 Espoo Sampomuunnos, kallistuneen lähettimen vaikutuksen poistaminen Matti Oksama GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI 28.11.2006 Tekijät Matti Oksama Raportin laji Tutkimusraportti

Lisätiedot

Nopeus, kiihtyvyys ja liikemäärä Vektorit

Nopeus, kiihtyvyys ja liikemäärä Vektorit Nopeus, kiihtyvyys ja liikemäärä Vektorit Luento 2 https://geom.mathstat.helsinki.fi/moodle/course/view.php?id=360 Luennon tavoitteet: Vektorit tutuiksi Koordinaatiston valinta Vauhdin ja nopeuden ero

Lisätiedot

FCG Planeko Oy Puutarhakatu 45 B 20100 Turku. Kyrön kylä, Pöytyä Tärinäselvitys 26.10.2009. Selvitysalue. Geomatti Oy työ 365

FCG Planeko Oy Puutarhakatu 45 B 20100 Turku. Kyrön kylä, Pöytyä Tärinäselvitys 26.10.2009. Selvitysalue. Geomatti Oy työ 365 FCG Planeko Oy Puutarhakatu 45 B 20100 Turku Kyrön kylä, Pöytyä Tärinäselvitys 26.10.2009 Geomatti Oy työ 365 Mittauspisteet A1, A2 ja A3 (Promethor Oy) Värähtelyluokan C ja D raja yksikerroksiselle rakennukselle

Lisätiedot

Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet:

Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet: Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet: PALKKIANTURI Työssä tutustutaan palkkianturin toimintaan ja havainnollistetaan sen avulla pienten ainepitoisuuksien havainnointia. Työn mittaukset on jaettu kolmeen osaan,

Lisätiedot

- Kahden suoran johtimen välinen magneettinen vuorovaikutus I 1 I 2 I 1 I 2. F= l (Ampèren laki, MAOL s. 124(119) Ampeerin määritelmä (MAOL s.

- Kahden suoran johtimen välinen magneettinen vuorovaikutus I 1 I 2 I 1 I 2. F= l (Ampèren laki, MAOL s. 124(119) Ampeerin määritelmä (MAOL s. 7. KSS: Sähkömagnetismi (FOTON 7: PÄÄKOHDAT). MAGNETSM Magneettiset vuoovaikutukset, Magneettikenttä B = magneettivuon tiheys (yksikkö: T = Vs/m ), MAO s. 67, Fm (magneettikenttää kuvaava vektoisuue; itseisavona

Lisätiedot

Luento 13: Periodinen liike. Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä F t F r

Luento 13: Periodinen liike. Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä F t F r Luento 13: Periodinen liike Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä θ F t m g F r 1 / 27 Luennon sisältö Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä 2 / 27 Johdanto Tarkastellaan jaksollista liikettä (periodic

Lisätiedot

Sähköstatiikka ja magnetismi Sähkömagneetinen induktio

Sähköstatiikka ja magnetismi Sähkömagneetinen induktio Sähköstatiikka ja magnetismi Sähkömagneetinen induktio Antti Haarto.05.013 Magneettivuo Magneettivuo Φ on magneettivuon tiheyden B ja sen läpäisemän pinta-alavektorin A pistetulo Φ B A BAcosθ missä θ on

Lisätiedot

l s, c p T = l v = l l s c p. Z L + Z 0

l s, c p T = l v = l l s c p. Z L + Z 0 1.1 i k l s, c p Tasajännite kytketään hetkellä t 0 johtoon, jonka pituus on l ja jonka kapasitanssi ja induktanssi pituusyksikköä kohti ovat c p ja l s. Mieti, kuinka virta i käyttäytyy ajan t funktiona

Lisätiedot

VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Lauri Karppi j82095. SATE.2010 Dynaaminen kenttäteoria DIPOLIRYHMÄANTENNI.

VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Lauri Karppi j82095. SATE.2010 Dynaaminen kenttäteoria DIPOLIRYHMÄANTENNI. VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA Oskari Uitto i78966 Lauri Karppi j82095 SATE.2010 Dynaaminen kenttäteoria DIPOLIRYHMÄANTENNI Sivumäärä: 14 Jätetty tarkastettavaksi: 25.02.2008 Työn

Lisätiedot

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT Työn tavoitteet o Havainnollistaa vaihtovirtapiirien toimintaa o Syventää ymmärtämystä aiheeseen liittyvästä fysiikasta 1 Johdanto Tasavirta oli 1900 luvun alussa kilpaileva

Lisätiedot

VAIHTOVIRTAPIIRI. 1 Työn tavoitteet

VAIHTOVIRTAPIIRI. 1 Työn tavoitteet Oulun yliopisto Fysiikan opetuslaboratorio Sähkö- ja magnetismiopin laboratoriotyöt AHTOTAP Työn tavoitteet aihtovirran ja jännitteen suunta vaihtelee ajan funktiona. Esimerkiksi Suomessa käytettävä verkkovirta

Lisätiedot

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Mekaniikan jatkokurssi Fys102 Mekaniikan jatkokurssi Fys102 Kevät 2010 Jukka Maalampi LUENTO 6 Yksinkertainen harmoninen liike yhteys ympyräliikkeeseen energia dynamiikka Värähdysliike Knight Ch 14 Heilahtelut pystysuunnassa ja gravitaation

Lisätiedot

Kone- ja rakentamistekniikan laboratoriotyöt KON-C3004. Koesuunnitelma: Paineen mittaus venymäliuskojen avulla. Ryhmä C

Kone- ja rakentamistekniikan laboratoriotyöt KON-C3004. Koesuunnitelma: Paineen mittaus venymäliuskojen avulla. Ryhmä C Kone- ja rakentamistekniikan laboratoriotyöt KON-C3004 Koesuunnitelma: Paineen mittaus venymäliuskojen avulla Ryhmä C Aleksi Mäki 350637 Simo Simolin 354691 Mikko Puustinen 354442 1. Tutkimusongelma ja

Lisätiedot

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Mekaniikan jatkokurssi Fys102 Mekaniikan jatkokurssi Fys10 Kevät 010 Jukka Maalampi LUENTO 1 Jäykän kappaleen pyöriminen Knight, Ch 1 Jäykkä kappale = kappale, jonka koko ja muoto eivät muutu liikkeen aikana. Jäykkä kappale on malli.

Lisätiedot

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I Havaintokohteita 9. Polarimetria Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto Havaintokohteita Polarimetria Havaintokohteita (kuvat: @phys.org/news, @annesastronomynews.com) Yleiskuvaus: Polarisaatio

Lisätiedot

FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA 1 JOHDANTO Työssä tutustutaan hila- ja prismaspektrometreihin, joiden avulla tutkitaan valon taipumista hilassa ja taittumista prismassa. Samalla tutustutaan eräiden

Lisätiedot

V astaano ttav aa antennia m allinnetaan k u v an 2-1 8 m u k aisella piirillä, jo ssa o n jänniteläh d e V sarjassa

V astaano ttav aa antennia m allinnetaan k u v an 2-1 8 m u k aisella piirillä, jo ssa o n jänniteläh d e V sarjassa Antennit osana viestintäjärjestelm ää Antennien pääk äy ttö tark o itu s o n to im inta v iestintäjärjestelm issä. V astaano ttav aa antennia m allinnetaan k u v an 2-1 8 m u k aisella piirillä, jo ssa

Lisätiedot

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT Työn tavoitteita o Havainnollistaa vaihtovirtapiirien toimintaa o Syventää ymmärtämystä aiheeseen liittyvästä fysiikasta 1 Johdanto Tasavirta oli 1900 luvun alussa kilpaileva

Lisätiedot

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi Physica 9. painos (0) RATKAST. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi RATKAST:. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi. a) Vaihtovirran tehollinen arvo on yhtä suuri kuin sellaisen tasavirran arvo, joka tuottaa vastuksessa

Lisätiedot

Ultraäänen kuvausartefaktat. UÄ-kuvantamisen perusoletukset. Outi Pelkonen OYS, Radiologian Klinikka 29.4.2005

Ultraäänen kuvausartefaktat. UÄ-kuvantamisen perusoletukset. Outi Pelkonen OYS, Radiologian Klinikka 29.4.2005 Ultraäänen kuvausartefaktat Outi Pelkonen OYS, Radiologian Klinikka 29.4.2005 kaikissa radiologisissa kuvissa on artefaktoja UÄ:ssä artefaktat ovat kaikuja, jotka näkyvät kuvassa, mutta eivät vastaa sijainniltaan

Lisätiedot

Luento 15: Ääniaallot, osa 2

Luento 15: Ääniaallot, osa 2 Luento 15: Ääniaallot, osa 2 Aaltojen interferenssi Doppler Laskettuja esimerkkejä Luennon sisältö Aaltojen interferenssi Doppler Laskettuja esimerkkejä Aaltojen interferenssi Samassa pisteessä vaikuttaa

Lisätiedot

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy 2013. Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy 2013. Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto Kojemeteorologia Sami Haapanala syksy 03 Fysiikan laitos, Ilmakehätieteien osasto Tuulen nopeuen ja suunnan mittaaminen Tuuli on vektorisuure, jolla on siis nopeus ja suunta Yleensä tuulella tarkoitetaan

Lisätiedot

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2)

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2) Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2) Yliopistonlehtori, TkT Sami Kujala Mikro- ja nanotekniikan laitos Kevät 2016 Ajan ja pituuden suhteellisuus Relativistinen työ ja kokonaisenergia SMG-aaltojen

Lisätiedot

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan VAIHTOVIRTAPIIRI 1 Johdanto Vaihtovirtapiirien käsittely perustuu kolmen peruskomponentin, vastuksen (resistanssi R), kelan (induktanssi L) ja kondensaattorin (kapasitanssi C) toimintaan. Tarkastellaan

Lisätiedot

ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen.

ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen. ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen. X.X.2015 Tehtävä 1 Bipolaaritransistoria käytetään alla olevan kuvan mukaisessa kytkennässä, jossa V CC = 40 V ja kuormavastus

Lisätiedot

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Mekaniikan jatkokurssi Fys102 Mekaniikan jatkokurssi Fys10 Kevät 010 Jukka Maalampi LUENTO 7 Harmonisen värähdysliikkeen energia Jousen potentiaalienergia on U k( x ) missä k on jousivakio ja Dx on poikkeama tasapainosta. Valitaan

Lisätiedot

Pakotettu vaimennettu harmoninen värähtelijä Resonanssi

Pakotettu vaimennettu harmoninen värähtelijä Resonanssi Pakotettu vaimennettu harmoninen värähtelijä Resonanssi Tällä luennolla tavoitteena Mikä on pakkovoiman aiheuttama vaikutus vaimennettuun harmoniseen värähtelijään? Mikä on resonanssi? Kertaus: energian

Lisätiedot

MAATUTKALUOTAUSTUTKIMUSRAPORTTI MÅRTENSBY VANTAA

MAATUTKALUOTAUSTUTKIMUSRAPORTTI MÅRTENSBY VANTAA 1 MAATUTKALUOTAUSTUTKIMUSRAPORTTI MÅRTENSBY VANTAA LKK25/9.6.2011 2 1. SISÄLLYSLUETTELO 2 2. MAATUTKALUOTAUS MÅRTENSY VANTAA 3 2.1 Tehtävä 3 2.2 Maastotyöt 3 2.2.1 Mittauskalusto 3 2.3 Tulostus 3 2.4 Yleistä

Lisätiedot

ja J r ovat vektoreita ja että niiden tulee olla otettu saman pyörimisakselin suhteen. Massapisteen hitausmomentti on

ja J r ovat vektoreita ja että niiden tulee olla otettu saman pyörimisakselin suhteen. Massapisteen hitausmomentti on FYSA210 / K1 HITAUSMOMENTTI Työn tavoitteena on opetella määrittämään kappaleen hitausmomentti kappaletta pyörittämällä ja samalla havainnollistaa kitkan vaikutusta. Massapisteinä toimivat keskipisteestään

Lisätiedot

PHYS-C0240 Materiaalifysiikka (5op), kevät 2016

PHYS-C0240 Materiaalifysiikka (5op), kevät 2016 PHYS-C0240 Materiaalifysiikka (5op), kevät 2016 Prof. Martti Puska Emppu Salonen Tomi Ketolainen Ville Vierimaa Luento 7: Hilavärähtelyt tiistai 12.4.2016 Aiheet tänään Hilavärähtelyt: johdanto Harmoninen

Lisätiedot

Suuntaavuus ja vahvistus Aukkoantennien tapauksessa suuntaavuus saadaan m uotoon (luku 7.3.1 ) E a 2 ds

Suuntaavuus ja vahvistus Aukkoantennien tapauksessa suuntaavuus saadaan m uotoon (luku 7.3.1 ) E a 2 ds Suuntaavuus ja vahvistus Aukkoantennien tapauksessa suuntaavuus saadaan m uotoon (luku 7.3.1 ) Täm ä olettaa, että D = 4π λ 2 S a E a ds 2. (2 40 ) S a E a 2 ds Pääkeila aukon tasoa koh tisuoraan suuntaan

Lisätiedot

Fysiikan perusteet. Työ, energia ja energian säilyminen. Antti Haarto 20.09.2011. www.turkuamk.fi

Fysiikan perusteet. Työ, energia ja energian säilyminen. Antti Haarto 20.09.2011. www.turkuamk.fi Fysiikan perusteet Työ, energia ja energian säilyminen Antti Haarto 0.09.0 Voiman tekemä työ Voiman F tekemä työ W määritellään kuljetun matkan s ja matkan suuntaisen voiman komponentin tulona. Yksikkö:

Lisätiedot

VT3 tärinämittaukset, Laihia

VT3 tärinämittaukset, Laihia VT3 tärinämittaukset, Laihia Etelä-Pohjanmaan ELY-keskus Jussi Kurikka-Oja 16.6.2014 1 Taustatiedot Tässä tärinämittausraportissa kuvataan Laihialla VT3:n varrella tehtyjen tärinämittausten toteuttamistapa

Lisätiedot

TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN TOIMIALA. Rakennustekniikka. Ympäristörakentaminen INSINÖÖRITYÖ

TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN TOIMIALA. Rakennustekniikka. Ympäristörakentaminen INSINÖÖRITYÖ 1 TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN TOIMIALA Rakennustekniikka Ympäristörakentaminen INSINÖÖRITYÖ RAIDELIIKENNETÄRINÄ, PAIKKATIETOJÄRJESTELMÄN KEHITTÄMINEN JA TÄRINÄKOHTEIDEN KARTOITUS SUOMESSA Työn tekijä: Kaisa

Lisätiedot

LOUHINTATÄRINÄN ETENEMINEN BETONIRAKENNUKSISSA

LOUHINTATÄRINÄN ETENEMINEN BETONIRAKENNUKSISSA VAASAN AMMATTIKORKEAKOULU Joni Juhani Nikko LOUHINTATÄRINÄN ETENEMINEN BETONIRAKENNUKSISSA Tekniikka ja liikenne 2009 2 ALKUSANAT Koska työskentelen louhinta-alalla, oli minulle luontevinta etsiä alaani

Lisätiedot

4. SÄHKÖMAGNEETTINEN INDUKTIO

4. SÄHKÖMAGNEETTINEN INDUKTIO 4. SÄHKÖMAGNEETTINEN INDUKTIO Magneettivuo Magneettivuo Φ määritellään vastaavalla tavalla kuin sähkövuo Ψ Magneettivuo Φ on magneettivuon tiheyden B ja sen läpäisemän pinta-alan A pistetulo Φ= B A= BAcosθ

Lisätiedot

a(t) = v (t) = 3 2 t a(t) = 3 2 t < t 1 2 < 69 t 1 2 < 46 t < 46 2 = 2116 a(t) = v (t) = 50

a(t) = v (t) = 3 2 t a(t) = 3 2 t < t 1 2 < 69 t 1 2 < 46 t < 46 2 = 2116 a(t) = v (t) = 50 BM0A5810 - Differentiaalilaskenta ja sovellukset Harjoitus 1, Syksy 015 1. (a) Kiihtyvyys on nopeuden derivaatta, eli a(t) v (t) 3 t 1 + 1 Nyt on siis selvitettävä, milloin kiihtyvyys kasvaa itseisarvoltaan

Lisätiedot

Mustan kappaleen säteily

Mustan kappaleen säteily Mustan kappaleen säteily Musta kappale on ideaalisen säteilijän malli, joka absorboi (imee itseensä) kaiken siihen osuvan säteilyn. Se ei lainkaan heijasta eikä sirota siihen osuvaa säteilyä, vaan emittoi

Lisätiedot

PRELIMINÄÄRIKOE. Lyhyt Matematiikka 3.2.2015

PRELIMINÄÄRIKOE. Lyhyt Matematiikka 3.2.2015 PRELIMINÄÄRIKOE Lyhyt Matematiikka..015 Vastaa enintään kymmeneen tehtävään. Kaikki tehtävät arvostellaan asteikolla 0-6 pistettä. 1. a) Sievennä x( x ) ( x x). b) Ratkaise yhtälö 5( x 4) 5 ( x 4). 1 c)

Lisätiedot

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Mekaniikan jatkokurssi Fys102 Mekaniikan jatkokurssi Fys10 Syksy 009 Jukka Maalampi LUENTO 1 Jäykän kappaleen pyöriminen Knight, Ch 1 Jäykkä kappale = kappale, jonka koko ja muoto eivät muutu liikkeen aikana. Jäykkä kappale on malli.

Lisätiedot

HARMONISEN VÄRÄHTELIJÄN JAKSONAIKA JA HEILURIEN HEILAHDUSAJAT - johtaminen 1) VAIMENEMATON HARMONINEN VÄRÄHDYSLIIKE

HARMONISEN VÄRÄHTELIJÄN JAKSONAIKA JA HEILURIEN HEILAHDUSAJAT - johtaminen 1) VAIMENEMATON HARMONINEN VÄRÄHDYSLIIKE HARMONISEN VÄRÄHTELIJÄN JAKSONAIKA JA HEILURIEN HEILAHDUSAJAT - johtaminen 1) VAIMENEMATON HARMONINEN VÄRÄHDYSLIIKE Harmoninen voima on voima, jonka suuruus on suoraan verrannollinen poikkeamaan tasapainoasemasta

Lisätiedot

Kuten aaltoliikkeen heijastuminen, niin myös taittuminen voidaan selittää Huygensin periaatteen avulla.

Kuten aaltoliikkeen heijastuminen, niin myös taittuminen voidaan selittää Huygensin periaatteen avulla. FYS 103 / K3 SNELLIN LAKI Työssä tutkitaan monokromaattisen valon taittumista ja todennetaan Snellin laki. Lisäksi määritetään kokonaisheijastuksen rajakulmia ja aineiden taitekertoimia. 1. Teoriaa Huygensin

Lisätiedot

PANK PANK-4122 ASFALTTIPÄÄLLYSTEEN TYHJÄTILA, PÄÄLLYSTETUTKAMENETELMÄ 1. MENETELMÄN TARKOITUS

PANK PANK-4122 ASFALTTIPÄÄLLYSTEEN TYHJÄTILA, PÄÄLLYSTETUTKAMENETELMÄ 1. MENETELMÄN TARKOITUS PANK-4122 PANK PÄÄLLYSTEALAN NEUVOTTELUKUNTA ASFALTTIPÄÄLLYSTEEN TYHJÄTILA, PÄÄLLYSTETUTKAMENETELMÄ Hyväksytty: Korvaa menetelmän: 9.5.2008 26.10.1999 1. MENETELMÄN TARKOITUS 2. MENETELMÄN SOVELTAMISALUE

Lisätiedot

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe 28.5.2014, malliratkaisut

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe 28.5.2014, malliratkaisut A1 Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 014 Insinöörivalinnan fysiikan koe 8.5.014, malliratkaisut Kalle ja Anne tekivät fysikaalisia kokeita liukkaalla vaakasuoralla jäällä.

Lisätiedot

Luento 11: Periodinen liike

Luento 11: Periodinen liike Luento 11: Periodinen liike Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä Laskettuja esimerkkejä ~F t m~g ~F r Konseptitesti 1 Tehtävänanto Kuvassa on jouseen kytketyn massan sijainti ajan funktiona. Kuvaile

Lisätiedot

Luento 15: Mekaaniset aallot

Luento 15: Mekaaniset aallot Luento 15: Mekaaniset aallot Mekaaniset aallot Eteneminen Aallon nopeus väliaineessa Energia Aallon heijastuminen Seisovat aallot Ajankohtaista Luennon sisältö Mekaaniset aallot Eteneminen Aallon nopeus

Lisätiedot

Polarisaatio. Timo Lehtola. 26. tammikuuta 2009

Polarisaatio. Timo Lehtola. 26. tammikuuta 2009 Polarisaatio Timo Lehtola 26. tammikuuta 2009 1 Johdanto Lineaarinen, ympyrä, elliptinen Kahtaistaittuvuus Nicol, metalliverkko Aaltolevyt 2 45 Polarisaatio 3 Lineaarinen polarisaatio y Sähkökentän vaihtelu

Lisätiedot

RAIDELIIKENTEEN TÄRINÄ JA RUNKOMELUSELVITYS Korttelit 4018 ja 4020, Kytömaa, Kerava

RAIDELIIKENTEEN TÄRINÄ JA RUNKOMELUSELVITYS Korttelit 4018 ja 4020, Kytömaa, Kerava Keravan kaupunki Kaupunkikehityspalvelut Tiina Hartman RAIDELIIKENTEEN TÄRINÄ JA RUNKOMELUSELVITYS HELSINKI Viikinportti 4 B 18 00790 Helsinki puh. 050 377 6565 TURKU Rautakatu 5 A 20520 Turku puh. 050

Lisätiedot

2.2 Ääni aaltoliikkeenä

2.2 Ääni aaltoliikkeenä 2.1 Äänen synty Siirrymme tarkastelemaan akustiikkaa eli äänioppia. Ääni on ilman tai nesteen paineen vaihteluita (pitkittäistä aaltoliikettä). Kiinteissä materiaaleissa ääni voi edetä poikittaisena aaltoliikkeenä.

Lisätiedot

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila Optisessa hilassa on hyvin suuri määrä yhdensuuntaisia, toisistaan yhtä kaukana olevia

Lisätiedot

RAKENNUSAKUSTIIKKA - ILMAÄÄNENERISTÄVYYS

RAKENNUSAKUSTIIKKA - ILMAÄÄNENERISTÄVYYS 466111S Rakennusfysiikka, 5 op. RAKENNUSAKUSTIIKKA - ILMAÄÄNENERISTÄVYYS Opettaja: Raimo Hannila Luentomateriaali: Professori Mikko Malaska Oulun yliopisto LÄHDEKIRJALLISUUTTA Suomen rakentamismääräyskokoelma,

Lisätiedot

NASTOLAN KUNTA UUDENKYLÄN OSAYLEISKAAVAN TÄRINÄSELVITYS ARVIOINTITASO 2, RAIDELIIKENNETÄRINÄ. Vastaanottaja Nastolan kunta, kaavoitus

NASTOLAN KUNTA UUDENKYLÄN OSAYLEISKAAVAN TÄRINÄSELVITYS ARVIOINTITASO 2, RAIDELIIKENNETÄRINÄ. Vastaanottaja Nastolan kunta, kaavoitus Vastaanottaja Nastolan kunta, kaavoitus Asiakirjatyyppi Tärinäselvitys Päivämäärä 31.12.2013 NASTOLAN KUNTA UUDENKYLÄN OSAYLEISKAAVAN TÄRINÄSELVITYS ARVIOINTITASO 2, RAIDELIIKENNETÄRINÄ NASTOLAN KUNTA

Lisätiedot

DYNAMIIKKA II, LUENTO 5 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

DYNAMIIKKA II, LUENTO 5 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi DYNAMIIKKA II, LUENTO 5 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi LUENNON SISÄLTÖ Kertausta edelliseltä luennolta: Suhteellisen liikkeen nopeuden ja kiihtyvyyden yhtälöt. Jäykän kappaleen partikkelin liike. Jäykän

Lisätiedot

on hidastuvaa. Hidastuvuus eli negatiivinen kiihtyvyys saadaan laskevan suoran kulmakertoimesta, joka on siis

on hidastuvaa. Hidastuvuus eli negatiivinen kiihtyvyys saadaan laskevan suoran kulmakertoimesta, joka on siis Fys1, moniste 2 Vastauksia Tehtävä 1 N ewtonin ensimmäisen lain mukaan pallo jatkaa suoraviivaista liikettä kun kourun siihen kohdistama tukivoima (tässä tapauksessa ympyräradalla pitävä voima) lakkaa

Lisätiedot

Voima F tekee työtä W vaikuttaessaan kappaleeseen, joka siirtyy paikasta r 1 paikkaan r 2. Työ on skalaarisuure, EI vektori!

Voima F tekee työtä W vaikuttaessaan kappaleeseen, joka siirtyy paikasta r 1 paikkaan r 2. Työ on skalaarisuure, EI vektori! 6.1 Työ Voima F tekee työtä W vaikuttaessaan kappaleeseen, joka siirtyy paikasta r 1 paikkaan r 2. Työ on skalaarisuure, EI vektori! Siirtymä s = r 2 r 1 Kun voiman kohteena olevaa kappaletta voidaan kuvata

Lisätiedot

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA Vaihtosähkön teho kompleksinen teho S pätöteho P loisteho Q näennäisteho S Käydään läpi sinimuotoisiin sähkösuureisiin liittyviä tehotermejä. Määritellään kompleksinen teho, jonka

Lisätiedot

TÄRINÄ JA MUUT YMPÄRISTÖVAIKUTUKSET. Lyöntipaalutustärinä Tärinän ohjearvot Tärinämittauskohde, Lahti Maan tiivistyminen Maan syrjäytyminen

TÄRINÄ JA MUUT YMPÄRISTÖVAIKUTUKSET. Lyöntipaalutustärinä Tärinän ohjearvot Tärinämittauskohde, Lahti Maan tiivistyminen Maan syrjäytyminen TÄRINÄ JA MUUT YMPÄRISTÖVAIKUTUKSET Lyöntipaalutustärinä Tärinän ohjearvot Tärinämittauskohde, Lahti Maan tiivistyminen Maan syrjäytyminen Lyöntipaalutustärinä Tärinä on hukkaan mennyttä energiaa Tärinä

Lisätiedot

Radiotekniikan perusteet BL50A0301

Radiotekniikan perusteet BL50A0301 Radiotekniikan perusteet BL50A0301 1. Luento Kurssin sisältö ja tavoitteet, sähkömagneettinen aalto Opetusjärjestelyt Luentoja 12h, laskuharjoituksia 12h, 1. periodi Luennot Juhamatti Korhonen Harjoitukset

Lisätiedot

Ratapihaan liittyvien alueiden sekä kaupungintalon tontin asemakaavamuutoksen tärinäselvitys Suonenjoen kaupunki

Ratapihaan liittyvien alueiden sekä kaupungintalon tontin asemakaavamuutoksen tärinäselvitys Suonenjoen kaupunki Ratapihaan liittyvien alueiden sekä kaupungintalon tontin asemakaavamuutoksen tärinäselvitys Suonenjoen kaupunki 27.8.2014 1 Taustatiedot Suonenjoen kaupungin keskustassa on käynnissä asemakaavatyö, jonka

Lisätiedot

Lumen teknisiä ominaisuuksia

Lumen teknisiä ominaisuuksia Lumen teknisiä ominaisuuksia Lumi syntyy ilmakehässä kun vesihöyrystä tiivistyneessä lämpötila laskee alle 0 C:n ja pilven sisällä on alijäähtynyttä vettä. Kun lämpötila on noin -5 C, vesihöyrystä, jäähiukkasista

Lisätiedot

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta.

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta. K i n e e t t i s t ä k a a s u t e o r i a a Kineettisen kaasuteorian perusta on mekaaninen ideaalikaasu, joka on matemaattinen malli kaasulle. Reaalikaasu on todellinen kaasu. Reaalikaasu käyttäytyy

Lisätiedot

Sinin muotoinen signaali

Sinin muotoinen signaali Sinin muotoinen signaali Pekka Rantala.. Sini syntyy tasaisesta pyörimisestä Sini-signaali syntyy vakio-nopeudella pyörivän osoittimen y-suuntaisesta projektiosta. y u û α positiivinen pyörimissuunta x

Lisätiedot