EPS-SOLUMUOVIN KÄYTTÖMAHDOLLISUUDET MELUESTERAKENTEISSA

Transkriptio

1 EPS-SOLUMUOVIN KÄYTTÖMAHDOLLISUUDET MELUESTERAKENTEISSA Juha Forsman (Julia Sassali) SGY Pohjavahvistuspäivä

2 EPS-solumuovin käyttömahdollisuudet meluesterakenteissa Pohjarakennuksen ja maamekaniikan syventymiskohteen diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomiinsinöörin tutkintoa varten Valvoja: Professori Leena Korkiala-Tanttu Ohjaaja: DI Juha Forsman Työn ohjausryhmä: Tuuli Kunnas / EPS-rakennuseristeteollisuus, Tapio Kilpeläinen ja Ville Pesonen / ThermiSol Oy, Jaan Aav / Basf Oy Asiantuntijat Kari Nyrhinen ja Petteri Laine / Ramboll Finland Oy Työ löytyy osoitteesta

3 TYÖN TAVOITTEET EPS:n soveltuvuus meluseiniin EPS meluseinätyypin kehittäminen Onko taloudellisesti järkevä? EPS:n soveltuvuus meluvalleihin Minkälaista meluvalliin käytettävän EPS solumuovin tulee olla? Miten nämä ominaisuudet voidaan määrittää? Onko taloudellisesti järkevä? Kokonaisuus, jonka avulla voidaan tarkastella EPS -solumuovin soveltuvuutta meluesteisiin

4 DI-TYÖN SISÄLTÖ 1 Johdanto 2 EPS materiaalin ominaisuudet ja käyttökohteet 3 Meluestetyypit 4 Meluesteiden laatuvaatimukset 5 Tuotekehitysprosessin kuvaus 6 Ulkomaiset sovellukset 7 Kustannusvertailu 8 EPS meluvallin mitoitus 9 Laskentamalli ja parametrit 10 EPS meluvallin stabiliteetti 11 Johtopäätökset

5 3. MELUESTETYYPIT Meluvalli Meluseinä Melukaide + edellisten yhdistelmät Melumuuri Muuri

6 4. MELUESTEIDEN LAATUVAATIMUKSET OHJEET JA STANDARDIT Liikennevirasto. Tien meluesteiden suunnittelu SFS-EN Teiden meluesteet. Muut kuin akustiset ominaisuudet. Osa 1: Rakennetekniset vaatimukset. (Road traffic noise reducing devices. Non-acoustic performance. Part 1: Machanical performance and stability requirements.) SFS-EN Teiden meluesteet. Muut kuin akustiset ominaisuudet. Osa 2: Yleiset turvallisuus ja ympäristönäkökohdat. (Road traffic noise reducing devices. Non-acoustic performance. Part 2: General safety and environmental requirements.)

7 4. MELUESTEIDEN LAATUVAATIMUKSET 1. Sijainnin ja korkeuden asettamat vaatimukset 2. Akustiset vaatimukset 3. Rakenteelliset vaatimukset 4. Arkkitehtoniset vaatimukset

8 4. MELUESTEIDEN SIJAINTI, KORKEUS JA AKUSTISET VAATIMUKSET Meluestekäsikirja s.46

9 4. MELUESTEIDEN AKUSTISET LAATUVAATIMUKSET Vaimennus Eristävyys Absorptio Diffraktio Vaimennusvaikutus riippuu Meluesteen korkeus, sijainti ja pituus Suojattavan kohteen sijainti ja korkeustaso Vaimennuksella suuri vaikutus, rakenteella pieni Heijastava Absorpoiva Ääneneristävyydellä kuitenkin saavutettava tietty minimitaso, joka ei ole vaadittavaa äänenvaimennusta pienempi

10 4. MELUESTEIDEN RAKENTEELLISET LAATUVAATIMUKSET MELUSEINÄÄN KOHDISTUVAT KUORMAT

11 4. MELUESTEIDEN RAKENTEELLISET LAATUVAATIMUKSET ILKIVALTA MATERIAALIT, PÄÄSTÖT JA HÄVITTÄMINEN PALONARKUUS MATERIAALIEN YLEISET LAATUVAATIMUKSET VERHOUKSET KESTOIKÄ (runko 50 / 40 v, vaihdettavat yms. osat v)

12 5. TUOTEKEHITYSPROSESSI JOITAKIN IDEOITUJA RAKENTEITA Rakenne 1 Rakenne 2 Rakenne 3

13 5. JOITAKIN IDEOITUJA RAKENTEITA Rakenne 6 Rakenne 7a ja 7b

14 5. JOITAKIN IDEOITUJA RAKENTEITA Rakenne 7 Liikennevirasto 2011-Kevennysrakenteiden suunnittelu

15 5. JOITAKIN IDEOITUJA RAKENTEITA Rakenne 8 Rakenne 9 Rakenne 10

16 5. IDEOITU EPS-MELUSEINÄRAKENNE Ideoita haettiin ulkomaisista ja kotimaisista käytössä olevista tai patentoiduista melueste (meluseinä) rakenteista => Havaittiin, että Thermisolin seinäelementti täyttää kaikki meluseinälle esitetyt vaatimukset sellaisenaan tai modifioituna (+ runkorakenteella, perustuksilla, yms. täydennettynä) Ruukin meluseinä:

17 5. IDEOITU EPS-MELUSEINÄRAKENNE EPS -seinäelementti (EPS -sydän ja pinnoissa teräsohutlevyt) Sellaisenaan heijastava rakenne, mutta rei itetyllä teräsohutlevyllä ja EPS:n pintaan leikatulla / liimatulla ilmaraolla absorboiva rakenne

18 5. IDEOITU EPS-MELUSEINÄRAKENNE Esimerkki toteutetusta EPS-meluaidasta:

19 7. KUSTANNUSVERTAILU, MELUSEINÄ Meluseinä Ideoitu EPS -meluseinä perinteisempiä ratkaisuita Korkeus 3,4 m Jänneväli 6,0 m Ei sisällä perustamiskustannuksia EPS-aidassa 0,6 m välein teräsorret, joihin kiinnitetty puuverhous (50 x 50 mm 2 )

20 7. KUSTANNUSVERTAILU, MELUVALLI Korkeus 4 m, luiskakaltevuus 1:2 Keventeen päällä 0,5 m maakerros Pohjamaa =10 kpa, w=80 % Mitoituspainuma n. 200 mm Kevennyskaivu n. 1 1,6 m, KS, RR tai KR Yksikköhinnat: Pilaristab. - 12,4 /m Kevytsora - 42,5 /m 3 EPS 22 kg/m 3 60 /m 3 EPS 10 kg/m 3 40 /m 3 Renkaat, rouhe 10 /m 3 Renkaat, kokon. 5 /m 3 Lujitekangas 6 /m 2 Kaivu+kaivumaat 22 /m 3

21 8 EPS MELUVALLIN MITOITUS 8.1 Penkereen sisäinen stabiliteetti (= EPS:n puristuslujuustarkastelu) JA 8.21 Penkereen kokonaisvakavuus eurokoodien mukaisesti TAI 8.22 Penkereen kokonaisvakavuus pohjarakennusohjeiden mukaisesti

22 10 EPS-MELUVALLIN STABILITEETTI 10.1 Sisäinen stabiliteetti (=> EPS:n puristuslujuusvaatimus) Puristuslujuusmitoitus Liikenneviraston Kevennysrakenteiden suunnittelu - ohjeen (2011) mukaisesti Mitoitus kokonaiskuormalle Mitoitus pitkäaikaiselle kuormalle

23 9 LASKENTAMALLI JA PARAMETRIT 9.1 Kitkakulma ja koheesio (EPS:n pinta) EPS / EPS 31 EPS / kuitukangas - 25 (National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) / USA) 9.2 Laskentamallin ja parametrien valinta Käyttäytyykö EPS materiaali yhtenäisenä monoliittina vai erillisinä blokkeina? Miten valitaan EPS:n parametrit? Stabiliteettilaskennassa käytettävät EPS-solumuovin lujuusparametrit ovat jotain yksittäisen blokin leikkauslujuuden ja blokkien välisen pinnan redusoidun leikkauslujuuden välillä

24 9+10 EPS-MELUVALLIN STABILITEETTI JA PARAMETRIT 10.2 Ulkoinen stabiliteetti (liukupintalaskenta) Minkälaisia leikkauslujuusparametreja käytetään EPS:lle? Käyttäytyykö EPS materiaali yhtenäisenä monoliittina vai erillisinä blokkeina? Stabiliteettilaskennassa käytettävät EPS-solumuovin lujuusparametrit ovat jotain yksittäisen blokin leikkauslujuuden ja blokkien välisen pinnan redusoidun leikkauslujuuden välillä Millainen laskentatapa on mielekäs?

25 10 EPS-MELUVALLIN STABILITEETTI Laskentatavat: 1. Meluvalli kuormana 2 6 EPS monoliittina 7. EPS haljennut 8. EPS erillisinä blokkeina Korkeus 4 m, luiskakaltevuus 1:2 Keventeen päällä ka. 0,5 m maakerros Pohjamaa =3 13 kpa Vallin pintakerros c=5 kpa ja =25 EPS-blokki c=0 40 kpa / =0 27 Blokkien saumat =0 kpa (laskentatapa 8) EPS = 1 kn/m 3

26 LASKENNAN LASKENTATAPA TESTATUT GEOMETRIAT ARVIO ERITYISPIIRTEET 1 Pelkkä kuorma Geometria A ( = B = C) Ympyräliukupinta EPS -materiaalin lujuusarvot eivät vaikuta Geometria D tulokseen EPS -materiaalin paino vaikuttaa Antaako liian pienen varmuuden? 2 Yhtenäinen EPS -massa vallin sisällä Geometria A ( = B = C) Ympyräliukupinta Liukupinta pysyy lähes kokonaan vallin c = 0 kpa sisällä = 0 Kun cp = 3 kpa, lp leikkaa vähän pohjamaata Ei suositeltava menetelmä 3 Yhtenäinen EPS -massa vallin sisällä Geometria A ( = B = C) Ympyräliukupinta Liukupinnan sijainti muuttuu pohjamaan koheesiosta c = 0 kpa riippuen = 27 Varmuus alakanttiin LUOKITUS Yhtenäinen EPS -massa vallin sisällä Geometria A ( = B = C) Ympyräliukupinta Liukupinta kiertää EPS -materiaalin c = 40 kpa Varmuusluvut lähes samat kuin ainoastaan kuormalla + = 0 saavutetut (Laskentatapa 1) 5 Yhtenäinen EPS -massa vallin sisällä Geometria A ( = B = C) Ympyräliukupinta Liukupinta kiertää EPS -materiaalin (Geometria A) c = puristuslujuusmitoituksen mukaan Geometria D Liukupinta ei välttämättä kierrä EPS -materiaalia (Geom. D) = 0 Varmuusluvut lähes samat kuin ainoastaan kuormalla saavutetut (Geometria A ja D) (Laskentatapa 1) Yhtenäinen EPS -massa vallin sisällä Geometria A ( = B = C) Ympyräliukupinta Liukupinnan sijainti muuttuu pohjamaan koheesiosta 6 c = 25% puristuslujuusmitoituksen mukai- riippuen sesta leikkauslujuudesta Suurimmilla pohjamaan lujuuksilla liukupinta vallin sisällä = 0 Alimmilla pohjamaan lujuuksilla varmuusluvut lähellä kuormalla saavutettuja varmuuksia (Laskentatapa 1) 7 Yhtenäinen EPS -massa vallin sisällä Geometria A ( = B = C) Ympyräliukupinta EPS -materiaalin lujuusarvot eivät vaikuta c = 0 40 kpa pohjamaassa tulokseen = 0 27 Varmuus pienempi kuin ainoastaan kuormalla määritetty Tension crack asetettu vallin pinnasta Todellinen murtumakohta ei tiedossa maanpintaan todennäköiseen murtuma- Varmuus alakanttiin kohtaan. 8 Erilliset EPS -blokit Geometria A ( = B = C) Ympyräliukupinta Saumojen vaikutus hyvin vähäinen tai olematon Blokkien väliin mallinnettu eri paksui- Ei järkevä mallinnustapa sia, lujuuksettomia saumoja

27 10 EPS-MELUVALLIN STABILITEETTI LASKENTAGEOMETRIAT A, B, C JA D:

28 10 EPS-MELUVALLIN STABILITEETTI Laskentatapa 6: EPS:n leikkauslujuus 25 % puristuslujuusmitoituksen mukaisesta EPS:n leikkauslujuudesta NCHRP:n ohjeen mukaisesti. Miksi 25 %? => Vaarallisin liukupinta pakottaa vain osan EPS-blokeista murtumaan. Muiden EPSkerrosten kohdalla liukupinta kulkee EPS-blokkien välisiä saumoja pitkin => %-osuus, joka hyödynnetään mitoituksessa on siis riippuvainen EPS-blokkien ladontakaaviosta? (blokkien välisten liittimien vaikutus on todettu vähäiseksi USA:ssa tehdyissä kokeissa).

29 EPS:N LUJUUDEN RAJA-ARVO, JOLLA LIUKUPINTA OHJAUTUU VALLIN ULKOPUOLELLE: => EPS:N LUJUUS = N. 3 X POHJAMAAN LUJUUS (HOMOGEENISELLA POHJAMAALLA)

30 KEHITYS- JA JATKOTUTKIMUSEHDOTUKSIA Blokkien asettelun ja kiinnityksen vaikutus vallin murtumiseen Harjaterästen vaikutus EPS blokkien väliseen leikkautumiseen Laskennat useammilla tapauksilla Ideoitujen EPS-meluesterakenteiden jatkokehittäminen ja koerakentaminen

31 KIITOS