RIL KAIVANTO - OHJE KOULUTUSTILAISUUS ANKKUREIDEN MITOITUS JA KOEVETO (Aku Varsamäki Sito Oy)

Transkriptio

1 RIL KAIVANTO - OHJE KOULUTUSTILAISUUS ANKKUREIDEN MITOITUS JA KOEVETO (Aku Varsamäki Sito Oy)

2 ESITELMÄN SISÄLTÖ 1. MÄÄRITELMIÄ 2. ANKKUREIDEN MITOITUS YLEISTÄ 3. KALLIOANKKUREIDEN MITOITUS 4. MAA-ANKKUREIDEN MITOITUS 5. VARMUUSKERTOIMET 6. KOEVETO TUTKIMUSKOE SOVELTUVUUSKOE HYVÄKSYNTÄKOE

3 1. MÄÄRITELMIÄ Ohjetta sovelletaan pysyville ja väliaikaisille esijännitetyille ja esijännittämättömille ankkureille, jotka koostuvat ankkurin päästä, jänteen vapaasta pituudesta ja injektointiaineella maahan sidotusta tartuntapituudesta. PYSYVÄ ANKKURI Käyttöikä yli 2v TILAPÄINEN ANKKURI Käyttöikä alle 2v ANKKURIN TARTUNTAPITUUS Ankkurin osan pituus, joka on sidottu suoraan maapohjaan tai kallioon injektoinnin kautta. ANKKURIN VAPAA PITUUS Jänteen pituus ankkurin pään ja tartuntapituuden lähimmän pään välissä TUTKIMUSKOE Koekuormitus, jolla varmistetaan ankkurin murtumiskestävyys injektointiaineen ja maan rajapinnassa ja jolla määritetään ankkuroinnin ominaisuudet työskentelyn alueella. SOVELTUVUUSKOE Rakennuspaikalla tehtävä koekuormitus, jolla varmistetaan, että tietty ankkurin mitoitus on sopiva tietyissä pohjaolosuhteissa. HYVÄKSYNTÄKOE Rakennuspaikalla tehtävä koekuormitus, jolla varmistetaan, että jokainen ankkuri täyttää mitoitusvaatimukset. Tehdään kaikille ankkureille

4 2. ANKKUREIDEN MITOITUS YLEISTÄ - Mitoitustapa DA2* o jossa mitoitus tehdään ominaiskuormilla ja osavarmuuslukuja käytetään tuloksina saatuihin tukivoimiin - Osavarmuuslukujen yhdistelmä A1+M1+R2 o A1 on kuormien tai kuorman vaikutuksen osavarmuusluvut o M1 on maaparametrien osavarmuusluvut o R2 on tukirakenteiden kestävyyden osavarmuusluvut - Mallikerroin o Laskettaessa ankkuroidun tai vapaasti seisovan tukiseinän maanpainekuormia rajatilassa STR/GEO ja mitoitustavalla DA2 (DA2*) käytetään kaatavalle maan- ja vedenpaineelle kuorman mallikerrointa 1,35 pysyville rakenteille ja 1,15 työnaikaisille rakenteille. Mallikerroin ei koske ankkurien mitoitusta. Mallikerrointa ei myöskään käytetä laskettaessa tukiseinän upotussyvyyttä momenttitasapainoehdolla. Vakauttavat maanpaineet käsitellään kestävyyksinä taulukon 6.4 mukaisesti. o Mallikerrointa käytetään, koska rakenteellista tarkastelua varten pysyvän kuorman osavarmuusluvut on alun perin johdettu pysyvien rakenteiden omanpainon hajonnan perusteella. Tukiseinän mitoituksessa samoja osavarmuuslukuja käytetään maanpaineesta aiheutuvien rasitusten mitoitusarvojen laskentaan. Näiden hajonta muodostuu maan lujuuden hajonnasta ja laskentamallien hajonnasta ja on selvästi suurempi, kuin rakenteiden omanpainon hajonta. - Ankkureista mitoitetaan o Rakenteellinen kestävyys ja kallio- tai maajuotoksen kestävyys o Suositeltava ankkuriväli on ponttileveyden kerrannainen ja mielellään max 6m o Vaijeriankkureita käytettäessä mielellään max 7 punosta, jolla päästään jo yli 1MN ankkureihin o Vaijeriankkurit tulisi mitoittaa niin, että jättövoima on vähintään 100kN

5 3. KALLIOANKKURIEN MITOITUS

6 Kalliojuotoksen pituus Kalliojuotoksen pituus määräytyy seuraavan kaavan mukaan. L = P p / (τ d π d) Jossa L = juotospituus [m] P p = ankkurin koevetovoima [kn] τ d = injektointilaastin ja kallion välisen tartunnan mitoituslujuus [kn/m 2 ] d = porareiän halkaisija [m] Injektointilaastin ja porareiän seinämän välinen tartuntalujuus τ d määräytyy kallion murtolujuuden ja juotoslaastin leikkauslujuuden mukaan, heikompi näistä määrittää ominaislujuuden. Injektointilaastin ja porareiän seinämän välisen tartunnan mitoituslujuus saa olla korkeintaan 1MPa, mikäli ennakkokokeilla ei pystytä osoittamaan suurempaa arvoa. Silloin, kun ankkuri tehdään hiekkakiveen, on ilman tarkempia tutkimuksia käytettävä korkeintaan arvoa 0,5MPa. Jos kallion rakoiluominaisuuksia ei ole luotettavasti määritetty, tulisi kaivantoseinää tukevan vetoankkurin juotospituuden aina olla vähintään 3 m. Jos ei tarkemmin ole määritetty, niin ehjä kallio alkaa 0,5m päästä kallion pinnasta. Jos ankkurina käytetään koko poikkileikkaukseltaan vakiomittaista tankoa (esim. suoraa pyöröterästankoa, tai harjaterästankoa), tulee myös tangon ja juotoksen välinen tartuntalujuus tarkistaa. Silloin porareiän d sijaan käytetään ankkuritangon halkaisijaa da, ja tartuntalujuutena juotoslaastin leikkauslujuutta τ. Harjateräksen tapauksessa tartuntalujuus voidaan kertoa kertoimella 2.4.

7 Kalliokartion riittävä paino Mikäli kallion laatua ei tarkemmin tutkita, kalliokartion suuruus määritetään sen olettamuksen mukaan, että kalliosta voi irrota leikkautumatta (valmiita halkeamia ja lustoja pitkin) kartion muotoinen kappale, jonka kärki on 60 ja joka lähtee juotospituuden 1/3 etäisyydeltä ankkurijuotoksen alapäästä. Jos tarkemmat tutkimukset osoittavat, että kallio on hyvälaatuista ja ehjää, voidaan kärkikulma kasvattaa 90 :een ja kartion kärki laittaa lähtemään ankkurin kärjestä.

8 4. MAA-ANKKUREIDEN MITOITUS Maa-ankkurin mitoituksessa on otettava huomioon ankkurin ja sen rakenteiden lisäksi seuraavaa: - ankkurin tartuntaosa ei saa murtua maapohjasta - ankkurin tukivoima ei saa hävitä siirtymien, ankkurin virumisen tai relaksaation myötä - ankkurin pään siirtymä tai ankkurin viruminen ei saa aiheuttaa rakenteille suunnittelemattomia rasituksia tai haitallisia muodonmuutoksia - kaivannon kokonaisstabiliteetti ei saa vaarantua maa-ankkureiden vuoksi Maa-ankkurin mitoituksessa ja toteutuksessa tulee ottaa huomioon maapohjaan välittyvien vetojännitysten haitalliset vaikutukset, jotka ulottuvat ankkuroinnin lähialueen ulkopuolelle. Jännitykseen jäävät maa-alueet tulee esittää suunnitelmissa.

9 Maa-ankkurin tartuntaosan pituuden laskennallinen mitoittaminen Tapa 1. Maa-ankkurin mitoituspituuden laskemiseen tarkoitettujen perinteisten teorioiden ja kaavojen /43/ tiedetään käytännössä johtavan kohtuuttoman pitkiin ankkurointipituuksiin. Siksi tätä ankkureiden laskennallista mitoittamistapaa onkin syytä käyttää vain koevetojärjestelyjä palveleviin mitoituksiin. Ankkurin tarvittava tartuntaosan pituus L lasketaan kaavalla L = ( P p - N p * D 2 * σ vp ) / (N f * D * σ vm ) (6.5) L = ankkurin tartuntaosan pituus [m] P p = ankkurille suunniteltu koevetovoima [kn] D = ankkurin tartuntaosan halkaisija [m] σ vp = tartuntaosan yläpäässä vaikuttava tehokas pystyjännitys [kn/m 2 ] σ vm = tartuntaosan keskellä vaikuttava tehokas pystyjännitys [kn/m 2 ] Kertoimet N f ja N p riippuvat maan leikkauskestävyyskulmasta ja ankkurin kaltevuudesta kuvan 6.1 mukaisesti. Kuva 6.1. Maa-ankkurin mitoitusdiagrammit /43/ Vaikka kaavan mukaan ankkurin kapasiteetti muuttuu lineaarisesti tartuntaosan pituuden mukaan, todellisuudessa pituuden lisäyksestä saatava hyöty pienenee tartuntaosan muodonmuutosten myötä. Tartuntaosa on tehokkaimmillaan 15 m saakka ja pituuden ylittäessä 20 m on lisämetreistä saatava hyöty jo oleellisesti vähentynyt.

10 Tapa 2. Tapa 2 perustuu vetopaalujen vaippavastuksen määrittämisessä käytettävään laskentateoriaan. Tapa 2 antaa huomattavasti paremmin todellisuutta vastaavat tulokset kuin tapa 1, mutta tätä käytettäessä on erityisesti korostettava jokaiselle ankkurille tehtävän koevedon tärkeyttä. Ankkurin tartuntaosan etäisyyden maanpinnasta on oltava minimissään 1.5 m. Ankkurin tartuntaosuuden vaippavastus q s valitaan kairaustulosten ja asennustavan perusteella taulukosta 6.5. Taulukko 6.5. Vaippavastuksen murtoarvojen arviointi kairausvastukseen perustuen karkearakeisissa maalajeissa. /51/ Tiiviys Leikkauskes- Paino- Heijari- CPT Vaippavastus Vaippavastus tävyyskulma kairaus kairaus [pk/0,2 m] N 20 [l/0,2 m] q c [MPa] q s [kpa] q s [kpa] injektoitu poraamalla asennettu Erittäin löyhä <10 <5 <3 <50 <15 Löyhä Keskitiivis Tiivis Erittäin tiivis Ankkurin tarvittavan tartuntaosan pituus L b = P p * γ s * η M * ξ 1 / (q s * π * D) L b = ankkurin tartuntaosan pituus [m] P p = ankkurille suunniteltu koevetovoima [kn] γ s = vaippakestävyyden varmuusluku 1,2 (Eurokoodi A.6(FI)) η M = suuntakerroin 1,25 ξ 1 = korrelaatiokerroin 1,0 (edellyttää, että kaikki ankkurit koevedetään) D = ankkurin tartuntaosan halkaisija [m] Suuntakerroin η M huomioi vaippavastuksen häviön sen johdosta, että tartuntaosaan kohdistuva vetorasitus ei välttämättä ole tartuntaosan suuntainen.

11 5. VARMUUSKERTOIMET Seuraamusluokat CC1, CC2 ja CC3 selventävät kolmea luotettavuusluokkaa RC1, RC2 ja RC3. Kuormakerroin K FI riippuu luotettavuusluokasta seuraavasti: luotettavuusluokassa RC3 K FI = 1.1 luotettavuusluokassa RC2 K FI = 1.0 Kaivantosuunnittelussa ei voi käyttää luotettavuusluokkaa RC1. Pysyvä kuorma (γ G ) Epäedullinen (Yht a) 1.35 K FI (Yht b) 1.15 K FI Edullinen 0.9 K FI Muuttuva kuorma (γ Q ) Epäedullinen 1.5 K FI Edullinen 0 Maaparametrien osavarmuusluvut (γ M ) Leikkauskestävyyskulma γ Ø = 1,0 Tehokas koheesio γ c = 1,0 Suljettu leikkauslujuus γ cu = 1,0 Yksiaksiaalinen puristuskoe γ qu = 1,0 Tilavuuspaino γ γ = 1,0 Tukiseinämitoituksessa kuormien yhdistelmänä käytetään epäedullisempaa kahdesta seuraavasta lausekkeesta: (yhtälö 6.10b) 1,15 K FI G kj, sup + 0,9 G kj.inf + 1,5 K FI Q k,1 + 1,5 K FI Σ[i>0] ψ 0,i Q k,i (yhtälö 6.10a) 1,35 K FI G kj, sup + 0,9 G kj.inf G kj, sup = kaatavien pysyvien kuormien/vaikutusten ominaisarvoarvo G kj.inf = vakauttavien pysyvien kuormien/vaikutusten ominaisarvo Q k,i = kaatavan muuttuvan kuorman/vaikutuksen numero i ominaisarvo Ankkurointien osavarmuusluvut Tilapäinen ankkuri γa,t = 1,25 Pysyvä ankkuri γa,p = 1,5

12 Mallikerroin Mallikerrointa ei käytetä ankkureiden mitoitukseen Mallikertoimen tausta ja syy on seuraava. Jos on tukiseinä, joka ulottuu kallioon ja kaivetaan auki sinne asti, niin varmuus tulee vain kuormien osavarmuuslukujen kautta (passiivipainetta ei ole ja teräksen osavarmuusluku on 1.0). Nyt jos seinän takana on vaikka 10 kpa:n muuttuva kuorma, johtaa Suomen kuormayhdistelykaavat 6.10 a) ja b) siihen, että kuormien kautta tuleva kokonaisvarmuus on aika alhainen, minimissään noin 1.2. Tätä ei voi pitää riittävänä, ja tästä johtuen LIVI ja YM sopivat, että asia korjataan (tilapäisesti) mallikertoimilla (1,35 pysyville ja 1,15 tilapäisille). Nämä siis tulevat rakenteelliseen mitoitukseen muilla kuin ankkureille (koska näillä jo korotetut osavarmuusluvut). Ankkurien osalta varmuus tulee kuormien osavarmuusluvuista ja ankkurien kestävyyden osavarmuusluvusta sekä mahdollisesta seuraamusluokasta. Tyypillinen ankkurien osavarmuusluku F = 1,35x1,25=n. 1,7 (nykyinen RakMk 1,8) Erittäin vaativissa paikoissa pysyvien ankkurien osalta varmuusluku F voi olla jopa 2,2 (1,35*1,5*1,1)

13 6.0 KOEVETO SFS-EN :ssä mainitaan 3 koetyyppiä - Tutkimuskoe - Soveltuvuuskoe - Hyväksyntäkoe Käytettäessä tavanomaisia ankkurityyppejä, joista Suomessa on aikaisempaa kokemusta, tehdään vain hyväksyntäkoe. Soveltuvuus- ja tutkimuskoe liittyvät uusiin ankkurityyppeihin. Hyväksyntäkokeella tarkoitetaan rakennuspaikalla tehtävää rakenteen osana toimivan ankkurin koevetoa, jolla varmistetaan, että ankkuri täyttää mitoitusvaatimukset. Hyväksyntäkoe tehdään kaikille sekä pysyville, että työnaikaisille ankkureille KOEVETO = OMINAISKUORMA x VARMUUSKERROIN. Ankkuri valitaan siten, että koevetokuorma on korkeintaan P p < 0,9 P t0,1 P t0,1 on ankkurin vetovoima, joka vastaa 0.1% venymää (myötöraja). Suurin arvo, johon ankkurin saa kuormittaa, on varmistettava ankkurin valmistajalta Esim. Vaijeriankkuri 1Ø15,7 Pmurto = 265kN Phetkellinen(koeveto) = 209kN Pjättö(ominaiskuorma) = 209/1,7 = 122kN. Pjättö(ominaiskuorma) = 209/2,2 = 95kN.

14 KOETYYPIT JA KOEMENETELMÄT pren ISO HYVÄKSYNTÄKOE, KOEMENETELMÄ 1

15 SOVELTUVUUSKOE, KOEMENETELMÄ 1

16 TUTKIMUSKOE, KOEMENETELMÄ 1

17 HYVÄKSYNTÄKOE, KOEMENETELMÄ 2

18 HYVÄKSYNTÄKOE, KOEMENETELMÄ 3 Kansallisesti ollaan päätymässä koemenetelmä 1 käyttöön ja että soveltuvuuskokeita on tehtävä rakennesuunnitelman mukaan pohjaolosuhteissa, joista ei ole aiempaa kokemusta kaikissa tapauksissa. Soveltuvuuskokeita on tehtävä väh. 5kpl / väh. 5%

19 HYVÄKSYNTÄKRITEERIT

20 ANKKURIN PITUUS Kaivannon kokonaisvakavuus on tarkistettava siten, ettei tuenta voi sortua tukiseinän alitse kulkevaa liukupintaa myöten (kuva 6.7). Vakavuuslaskelmissa on otettava huomioon kaikki vaarallisimman liukupinnan sisäpuolella vaikuttavat kuormitukset ja kaikki maan leikkauslujuutta heikentävät tekijät. Kuva 6.7. Tuetun kaivannon kokonaisvakavuus. Injektoitujen maa-ankkureiden ollessa kyseessä määritetään ankkurien kokonaispituus siten, että ankkurien tartuntaosat kokonaisuudessaan sijoittuvat tukiseinän alapäästä ja maahan kimmoisasti tuetun tukiseinän tapauksessa seinän kiertymispisteestä lähtevän aktiivisen liukupinnan ulkopuolelle (kuva 6.8). Kuva 6.8. Maa-ankkureiden etäisyyden tarkistus.

21 Kokonaisvakavuuden laskennan yhteydessä on tarkistettava, ettei ankkurilaatan alareunasta lähtevä passiivinen liukupinta ja tukiseinän alapäästä ja maahan kimmoisasti tuetun tukiseinän tapauksessa seinän kiertymispisteestä lähtevä aktiivinen liukupinta leikkaa toisiaan (kuva 6.9). Kuva 6.9 Ankkurilaatan etäisyyden tarkistus.

22 Kiitos tarkkaavaisuudesta t. Aku