MAANVARAINEN PERUSTUS

Transkriptio

1 MAANVARAINEN PERUSTUS Siltaeurokoodien koulutus Heikki Lilja Tiehallinto

2 VARMUUSKERTOIMET / KUORMITUSYHDISTELMÄT: EUROKOODI: DA2* NYKYKÄYTÄNTÖ: - KÄYTETÄÄN KÄYTTÖRAJATILAN OMINAISYHDISTELMÄÄ KANTOKESTÄVYYSLASKENNASSA - TEHOKKAASEEN KITKAKULMAAN EI KOHDISTETA OSAVARMUUTTA -LASKETAAN KANTOKESTÄVYYSKAAVALLA (EN1991-7, liite D) KANTOKESTÄVYYDEN OMINAISARVO -SAATU KANTOKESTÄVYYS JAETAAN KANTOKESTÄVYYDEN VARMUUSKERTOIMELLA (1,55) KANTOKESTÄVYYDEN MITOITUSARVO [Sillan geotekniset suunnitteluperusteet] - KÄYTETÄÄN YLLÄ ESITETTYÄ KUORMITUSYHDISTELYÄ (OMINAISKUORMAT) KANTAVUUSLASKENNASSA. - MATERIAALIOSAVARMUUS KOHDISTETAAN TEHOKKAASEEN KITKAKULMAAN -LASKETAAN KANTAVUUSKAAVALLA (Sillan geotekniset suunnitteluperusteet, liite 7) -KUORMITUSYHDISTELYN TEHOKASTA POHJAPAINETTA VERRATAAN SAATUUN KANTAVUUTEEN - KERROTAAN SAATU KANTOKESTÄVYYDEN MITOITUSARVO KUORMAYHDISTELMÄÄ VASTAAVALLA TEHOKKAALLA PINTA- ALALLA KANTOKESTÄVYYDEN MITOITUSARVO KUORMANA -LASKETAAN MURTORAJATILAN (STR/GEO Set B) YHDISTELYLLÄ KUORMAN PYSTYSUUNTAINEN MITOITUSARVO

3 VARMUUSKERTOIMET / KUORMITUSYHDISTELMÄT: EUROKOODI: DA2 DA2 JA DA2* EROT: SUOSITELLAAN KÄYTETTÄVÄKSI DA2* YHDISTELMÄÄ (VRT. HYVÖSEN LUENTO): - KÄYTETÄÄN MURTORAJATILAN (STR/GEO Set B) YHDISTELMÄÄ KANTOKESTÄVYYSLASKENNASSA - TEHOKKAASEEN KITKAKULMAAN EI KOHDISTETA OSAVARMUUTTA LASKETAAN KANTOKESTÄVYYSKAAVALLA (EN1991-7, liite D) KANTOKESTÄVYYDEN OMINAISARVO SAATU KANTOKESTÄVYYS JAETAAN KANTOKESTÄVYYDEN VARMUUSKERTOIMELLA (1,55) KANTOKESTÄVYYDEN MITOITUSARVO -TALOUDELLISEMPI (ETENKIN JOS MERKITTÄVIÄ VAAKAKUORMIA) - JOS VAAKAKUORMAT MALTILLISIA EROT EIVÄT OLE SUURIA - TÄSSÄ ESITELMÄSSÄ ON ESITETTY TARKEMMIN VAIN DA2* MENETELMÄ - KERROTAAN SAATU KANTOKESTÄVYYDEN MITOITUSARVO KUORMAYHDISTELMÄÄ VASTAAVALLA TEHOKKAALLA PINTA- ALALLA KANTOKESTÄVYYDEN MITOITUSARVO KUORMANA -LASKETAAN MURTORAJATILAN (STR/GEO Set B) YHDISTELYLLÄ KUORMAN PYSTYSUUNTAINEN MITOITUSARVO

4 KANTAVUUSKAAVAT (kitkamaa): [EN , liite D] EUROKOODI: NYKYKÄYTÄNTÖ: [Sillan geoteknisen suunnitteluperusteet, liite 7] - eurokoodin kaavassa on yksi termi enemmän: b ottaa huomioon perustuksen pohjan kaltevuuden (tasainen pohja b = 1) -Kantavuuskertoimien kaavoissa eroja

5 EUROKOODIN KANTAVUUSKAAVA: [EN ]

6 YLEISTÄ LIIKENNEKUORMISTA: YLEENSÄ MITOITTAVAT (LIIKENNE) KUORMA- RYHMÄT: gr1a (= LM1) Vmax Mmax Vmax gr2 (= LM1 (frequent) + vaakakuormat Mmax gr5 (= LM3) LISÄKSI OTETAAN LUONNOLLISESTI HUOMIOON MUUTKIN MUUTTUVAT KUORMAT (YHDISTELYTAULUKOIDEN MUKAAN): Vmax Mmax

7 LASKELMIEN KULKU MENETTELYTAVAN DA2* MUKAAN 1) KÄYTETÄÄN KÄYTTÖRAJATILAN OMINAISYHDISTELMÄÄ KANTOKESTÄVYYSLASKENNASSA TIESILLAT - KÄYTTÖRAJATILA - Ominaisyhdistelmä (6.14), Tavallinen yhdistelmä (6.15), Pitkäaikaisyhdistelmä (6.16) (6.14) (6.15) (6.16) KUORMITUSYHDISTELYN MÄÄRÄÄVÄ MUUTTUVA KUORMA 1a 2a 3a 4a 5a 6a 7a 8a 9a 10a 11a 12a 13a 14a 1b 2b 5b 7b 8b 10b 12b 14b 1c gr1a gr1b gr2 gr3 gr4 gr5 F wk T k BF IL TLEP gr1a gr1b gr4 Fwk T BF IL TLEP - Oma paino Esijännitys ,75-0,75-0, , gr1a ,4-0,4-0, , ,3 0,3 0,3-0, ,4-0,4-0, , gr1b , gr gr gr , gr F wk 1) 0, ,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0, , < < < < F * wk 1) T k 0,6-0,6 0,6 0,6 0, ,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,5-0,5 0,5 0,6 0,5 0,5 0,5 0,5 BF 0,6-0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0, ,6 0,6 0,6 0,4-0,4 0,4 0,4 0,5 0,4 0,4 0,4 IL 0,7-0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0, ,7 0,2-0,2 0,2 0,2 0,2 0,5 0,2 0,2 S 2) W 2) dw 2) TLEP 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,75 0,4 0,75 0,4 0,75 0, ,75 - SL1 SL2 0,8-0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0, ,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Qc 1) Tuulikuormasta: Kun yhdistellään tuulta liikennekuorman kanssa valitaan yhdistelyyn arvo 0,6*F wk,, mutta ei kuitenkaan suurempaa arvoa kuin 1*F * wk 2) tukipainuma ja vedenpinnan asema yhdistellään pysyvän kuorman kanssa TEHDÄÄN (MÄÄRÄÄVÄT) KÄYTTÖRAJATILAN OMINAISYHDISTELMÄN KUORMITUSYHDISTELYT (Vmax + Mvast, Mmax + Vvast, JNE) [KUORMIEN SOVELLUSOHJEEN TAULUKKO LIITTEESSÄ 1]

8 LASKELMIEN KULKU MENETTELYTAVAN DA2* MUKAAN 2) LASKETAAN KANTOKESTÄVYYS EUROKOODIN MUKAAN (EN1991-7, liite D) kantavuuskaavalla saadaan kantokestävyyden ominaisarvo (huom! maaparametreihin ei kohdisteta varmuuskertoimia) laskelman lopussa kohdistetaan saatuun kantokestävyyteen varmuuskerroin (1,55), saadaan kantokestävyyden mitoitusarvo KERROTAAN SAATU KANTOKESTÄVYYDEN MITOITUSARVO KUORMAYHDISTELMÄÄ VASTAAVALLA TEHOKKAALLA PINTA-ALALLA KANTOKESTÄVYYDEN MITOITUSARVO KUORMANA

9 LASKELMIEN KULKU MENETTELYTAVAN DA2* MUKAAN 3) LASKETAAN MURTORAJATILAN (STR/GEO Set B) YHDISTELYLLÄ KUORMAN PYSTYSUUNTAINEN MITOITUSARVO SET A (EQU) SET B (STR/EQU) TIESILLAT - MURTORAJATILA - Set A: A2.4 (A), Set B: A2.4 (B) KUORMITUSYHDISTELYN MÄÄRÄÄVÄ MUUTTUVA KUORMA a gr1a gr1b gr2 gr3 gr4 gr5 F wk T k BF IL TLEP Oma paino - 1,1 / 0,9 Esijännitys - 1,1 / 0,9 4) Ompaino 1,35 1,15 / 0,9 Esijännitys 1 1,10 / 0,90 5) x 0, x 0, x 0, gr1a - 1, ,35 x 0, ,35 x 0, ,35 x 0, x 0,4 - - x 0,4 - - x 0, gr1b , gr , gr , gr , gr , F wk 1) - 1,5 0, ,5 1,5 x 0,6 1,5 x 0,6 1,5 x 0,6 1,5 x 0,6 1,5 x 0,6 1,5 x 0,6 1,5 x 0,6 < < < < SET A (EQU) & F * wk 1) - 1, ,5 x ,5 x ,5 x SET B (STR/EQU) T k 2) - 1,5 x 0, ,5 x 0,6 1,5 x 0,6 1,5 x 0, ,5 x 0,6 1,5 1,5 1,5 x 0,6 1,5 x 0,6 1,5 x 0,6 1,5 x 0,6 1,5 x 0,6 BF - 1,5 x 0, ,5 x 0,6 1,5 x 0,6 1,5 x 0, ,5 x 0,6 1,5 x 0,6 1,5 x 0,6 1,5 1,5 1,5 x 0,6 1,5 x 0,6 1,5 x 0,6 IL - 1,5 x 0, ,5 x 0,7 1,5 x 0,7 1,5 x 0, ,5 x 0,7 1,5 x 0,7 1,5 x 0,7 1,5 x 0,7 1,5 x 0,7 1,5 1,5 1,5 x 0,7 S 2) 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 W 3) dw 3) TLEP - 1,5 x 0,4 1,5 x 0,4 1,5 x 0,4 1,5 x 0,4 1,5 x 0, ,5 x 0,75 1,5 x 0,4 1,5 x 0,75 1,5 x 0,4 1,5 x 0,75 1,5 x 0,4 1,5 x 0,75 1,5 SL1 SL2-1,5 x 0, ,5 x 0,8 1,5 x 0,8 1,5 x 0,8 1,5 x 0,8 1,5 x 0,8 1,5 x 0,8 1,5 x 0,8 1,5 x 0,8 Qc 1) Tuulikuormasta: Kun yhdistellään tuulta liikennekuorman kanssa valitaan yhdistelyyn arvo 0,6*F wk, mutta ei kuitenkaan suurempaa arvoa kuin 1*F * wk 2) Lämpötilakuorma/tukipainuma voidaan jättää pois murtorajatilayhdistelystä mikäli rakenteella on riittävästi muodonmuutoskykyä (ks. materiaalikohtaiset sovellusohjeet) 3) vedenpinnan asema yhdistellään pysyvän kuorman kanssa (varmuusluku pysyvän kuorman varmuusluku) 4) stabiliteetti 1,30 [EN : (2) Huom]) 5) paikalliset vaikutukset 1,20 [EN : (3) Huom]) 4) VERRATAAN KOHDASTA 3) SAATUA KUORMAN PYSTYSUUNTAISTA MITOITUSARVOA KOHDASSA 2) SAATUUN KANTOKESTÄVYYDEN MITOITUSARVOON

10 LASKENTAESIMERKKI Fx My Fy Mx 1) KÄYTETÄÄN KÄYTTÖRAJATILAN OMINAIS- YHDISTELMÄÄ KANTOKESTÄVYYSLASKENNASSA Fx Fy Fz Mx My Mz KRT (Max) Fx* KRT (Max) Fy* KRT (Max) Fz* ) Vmax KRT (Max) Mx* ) Mxmax KRT (Max) My* ) Mymax KRT (Max) Mz* KRT (Min) Fx* KRT (Min) Fy* KRT (Min) Fz* ) Vmin KRT (Min) Mx* KRT (Min) My* KRT (Min) Mz* ) VERRATAAN MURTORAJATILAN (STR/GEO Set B) YHDISTELYN KUORMAN PYSTYSUUNTAISTA MITOITUSARVOA SAATUUN KANTOKESTÄVYYDEN MITOITUSARVOON MRT (Max) Fx* MRT (Max) Fy* MRT (Max) Fz* ) Vmax MRT (Max) Mx* ) Mxmax MRT (Max) My* ) Mymax MRT (Max) Mz* MRT (Min) Fx* MRT (Min) Fy* MRT (Min) Fz* ) Vmin MRT (Min) Mx* MRT (Min) My* MRT (Min) Mz*

11 Siltaeurokoodien koulutus Maanvaraisen perustuksen suunnittelu. (Heikki Lilja) LASKENTAESIMERKKI: LÄHTÖTIEDOT + LOPULLISET KUORMITUSYHDISTELYT MUUT LÄHTÖTIEDOT: f' = tehokas kitkakulma 35 g = pohjamaan tilavuuspaino 20 g' 1 = perustuksen päällä tulevan täyttömateriaalin tilavuuspaino 20 g' 2 = perustamistason alapuolisen maan tehokas tilavuuspaino 18 c' = tehokas koheesio 0 d = anturan korkeus 1 D = anturan perustamissyvyys 2 B = anturan sivumitta sillan suunnassa 2,04 L = anturan sivumitta sillan poikkisuunnassa 2,04 = pohjan kaltevuus vaakatason suhteen asteina 0 ß 1 Kalteva maanpinta laskentatapa 1, asteina 0 ß 2 Kalteva maanpinta laskentatapa 2, asteina 0 Haetaan anturan mitat siten, että kantavuus riittää LOPULLISET TARKASTETTAVAT KUORMITUSYHDISTELYT (DA2*) V max Mx max My max V min 1) KÄYTETÄÄN KÄYTTÖRAJATILAN OMINAIS-YHDISTELMÄÄ KANTOKESTÄVYYSLASKENNASSA V = 5000 V = 3950 V = 3690 V = 1910 Hx(H b ) = 69 Hx(H b ) = 33 Hx(H b ) = 199 Hx(H b ) = 62 My (M L ) = 191 My (M L ) = 72 My (M L ) = 684 My (M L ) = 159 Hy (H L ) = 26 Hy (H L ) = 102 Hy (H L ) = 2 Hy (H L ) = 6 Mx (M B ) = 75 Mx (M B ) = 439 Mx (M B ) = 63 Mx (M B ) = 35 LOPULLISET TARKASTETTAVAT KUORMITUSYHDISTELYT (DA2) V max Mx max My max V min V = 6370 V = 4040 V = 4430 V = 1320 Hx(H b ) = 66 Hx(H b ) = 19 Hx(H b ) = 255 Hx(H b ) = 59 My (M L ) = 190 My (M L ) = 24 My (M L ) = 880 My (M L ) = 148 Hy (H L ) = 48 Hy (H L ) = 143 Hy (H L ) = 5 Hy (H L ) = 11 Mx (M B ) = 171 Mx (M B ) = 620 Mx (M B ) = 101 Mx (M B ) = 61 4) VERRATAAN MURTORAJATILAN (STR/GEO Set B) YHDISTELYN KUORMAN PYSTYSUUNTAISTA MITOITUSARVOA SAATUUN KANTOKESTÄVYYDEN MITOITUSARVOON

12 Siltaeurokoodien koulutus Maanvaraisen perustuksen suunnittelu. (Heikki Lilja) LASKENTAESIMERKKI: LÄHTÖTIEDOT + LOPULLISET KUORMITUSYHDISTELYT ANTURAN JA ANTURAN PÄÄLLÄ OLEVAN MAAN PAINO MUKAAN V max Mx max My max V min anturan paino q a = maan paino q p = V = 5187 V = 4137 V = 3877 V = 2097 Hx(H b ) = 69 Hx(H b ) = 33 Hx(H b ) = 199 Hx(H b ) = 62 My (M L ) = 191 My (M L ) = 72 My (M L ) = 684 My (M L ) = 159 Hy (H L ) = 26 Hy (H L ) = 102 Hy (H L ) = 2 Hy (H L ) = 6 Mx (M B ) = 75 Mx (M B ) = 439 Mx (M B ) = 63 Mx (M B ) = 35 1) KÄYTETÄÄN KÄYTTÖRAJATILAN OMINAIS-YHDISTELMÄÄ KANTOKESTÄVYYSLASKENNASSA ) VERRATAAN MURTORAJATILAN V max Mx max My max V min anturan paino q a = maan paino q p = V = 6585 V = 4255 V = 4645 V = 1535 Hx(H b ) = 66 Hx(H b ) = 19 Hx(H b ) = 255 Hx(H b ) = 59 My (M L ) = 190 My (M L ) = 24 My (M L ) = 880 My (M L ) = 148 Hy (H L ) = 48 Hy (H L ) = 143 Hy (H L ) = 5 Hy (H L ) = 11 Mx (M B ) = 171 Mx (M B ) = 620 Mx (M B ) = 101 Mx (M B ) = 61 (STR/GEO Set B) YHDISTELYN KUORMAN PYSTYSUUNTAISTA MITOITUSARVOA SAATUUN KANTOKESTÄVYYDEN MITOITUSARVOON

13 Siltaeurokoodien koulutus Maanvaraisen perustuksen suunnittelu. (Heikki Lilja) LASKENTAESIMERKKI: KANTOKESTÄVYYDEN LASKENTA 2) LASKETAAN KANTOKESTÄVYYS EUROKOODIN MUKAAN (EN1991-7, liite D) V max Mx max My max V min anturan paino q a = maan paino q p = V = 5187 V = 4137 V = 3877 V = 2097 Hx(H b ) = 69 Hx(H b ) = 33 Hx(H b ) = 199 Hx(H b ) = 62 My (M L ) = 191 My (M L ) = 72 My (M L ) = 684 My (M L ) = 159 Hy (H L ) = 26 Hy (H L ) = 102 Hy (H L ) = 2 Hy (H L ) = 6 Mx (M B ) = 75 Mx (M B ) = 439 Mx (M B ) = 63 Mx (M B ) = 35 epäkeskisyys e L = 0,01 0,11 0,02 0,02 e B = 0,04 0,02 0,18 0,08 tehokkaat mitat L' = 2,01 1,83 2,01 2,01 B' = 1,97 2,01 1,69 1,89 A' = 3,95 3,67 3,39 3,79 Kantavuuskertoimet N c = 46,12 46,12 46,12 46,12 N q = 33,30 33,30 33,30 33,30 N g = 45,23 45,23 45,23 45,23 Kaltevuuskertoimet: b c = 1,00 1,00 1,00 1,00 (LISÄTTY) b q = 1,00 1,00 1,00 1,00 b g = 1,00 1,00 1,00 1,00 Muotokertoimet s c = 1,60 1,54 1,70 1,63 L/B s q = 1,59 1,52 1,68 1,61 s g = 0,69 0,73 0,64 0,68 Muotokertoimet s c = 1,58 1,65 1,50 1,56 B/L s q = 1,56 1,63 1,48 1,54 s g = 0,71 0,67 0,75 0,72 Muotokertoimet (Q) s c = 1,58 1,55 1,50 1,56 s q = 1,56 1,53 1,48 1,54 s g = 0,70 0,72 0,75 0,72 potenssi m m L = 1,49 1,52 1,46 1,48 m B = 1,51 1,48 1,54 1,52 H (sqrt(h x^2+h y^2)) H = VaakakuormanQ Q = 69,35 17,93 89,42 84,47 potenssi m m = 1,50 1,52 1,54 1,51 Kuorman kaltevuus i c = 0,98 0,96 0,92 0,95 i q = 0,98 0,96 0,92 0,96 i g = 0,96 0,94 0,87 0,93

14 Siltaeurokoodien koulutus Maanvaraisen perustuksen suunnittelu. (Heikki Lilja) LASKENTAESIMERKKI: KANTOKESTÄVYYDEN LASKENTA 2) LASKETAAN KANTOKESTÄVYYS EUROKOODIN MUKAAN (EN1991-7, liite D) V max Mx max My max V min c' N c b c s c i c g' D N q b q s q i q ,5 g' 2 B' N g b g s g i g R d g R luiska laskentatapa R d g R luiska laskentatapa R d g R ei luiskaa R d g R g R = 1,55 R d = R d / A'= )- 4) VERRATAAN MURTORAJATILAN (STR/GEO Set B) YHDISTELYN KUORMAN PYSTYSUUNTAISTA MITOITUSARVOA KOHDASSA 1) SAATUUN KANTOKESTÄVYYDEN MITOITUSARVOON V max Mx max My max V min anturan paino q a = maan paino q p = V/A' = 1655 V/A' = 1187 V/A' = 1386 V/A' = 420 V = 6587 V = 4257 V = 4647 V = 1537 Hx(H b ) = 66 Hx(H b ) = 19 Hx(H b ) = 255 Hx(H b ) = 59 My (M L ) = 190 My (M L ) = 24 My (M L ) = 880 My (M L ) = 148 Hy (H L ) = 48 Hy (H L ) = 143 Hy (H L ) = 5 Hy (H L ) = 11 Mx (M B ) = 171 Mx (M B ) = 620 Mx (M B ) = 101 Mx (M B ) = 61

15 Siltaeurokoodien koulutus Maanvaraisen perustuksen suunnittelu. (Heikki Lilja) LASKENTAESIMERKKI: KANTOKESTÄVYYDEN LASKENTA LOPULLISET TULOKSET: DA2 DA2* Kuormitusyhdistelyn nro Anturan koko 1 L = 2,05 2 L = 2,05 3 L = 2,05 4 L = 2,05 B = 2,05 B = 2,05 B = 2,05 B = 2,05 Varmuus DA2 /s sall 1, , , , Varmuus DA2* /s sall 1, , , , Täyttyykö D < 2,5B' kyllä 1,0 kyllä 1,0 kyllä 1,2 kyllä 1,1 Täyttyykö e B < B/3 (DA2*) kyllä 53,7 kyllä 115,8 kyllä 9,6 kyllä 25,1 Täyttyykö e L < L/3 (DA2*) kyllä 139,8 kyllä 17,3 kyllä 124,2 kyllä 120,9 Tässä tapauksessa (maltillinen vaakakuorma) DA2 ja DA2* antavat lähes saman tuloksen - anturan sivumitat (neliöantura) 2,05 m. Kun vaakakuormaa kasvatetaan tulee kuormitustapaus 3 määrääväksi ja ero menetelmien DA2 ja DA2* välillä kasvaa (ks. taulukko alla) PIENILLÄ SILLOILLA VOITAISIIN SUUNNITELLA DA2:N MUKAAN. SUURILLA SILLOILLA KANNATTAA SUUNNITELLA DA2*:N MUKAAN Vaaka- DA 2* DA2 Anturan e < B/3 kuormat varmuus varmuus koko ehto 2x 1 0,98 2,36-3x 1 0,96 2,72-5x 1,01 0,94 3,44 -> 3,91 10x 1,01 0,87 5,13 -> 6,27 DA2*:n taloudellisuus kasvaa kun paljon vaakakuormaa epäkeskisyysehto määrää kun paljon vaakakuormaa

16 Siltaeurokoodien koulutus Maanvaraisen perustuksen suunnittelu. (Heikki Lilja) MAANPINNAN KALTEVUUDEN HUOMIOONOTTO (VANHAT OHJEET): PAINUMALASKELMA (VANHAT OHJEET): Pysyvät kuormat + määräävä pystysuora liikennekuorma, yleensä aina LM1 (LM3:a ei tarvitse tarkastella). Painumatarkastelu tehdään nykykäytännön mukaisesti.

17 Siltaeurokoodien koulutus Maanvaraisen perustuksen suunnittelu. (Heikki Lilja) LIUKUMISTARKASTELU (VANHAT OHJEET): KÄYTETÄÄN MURTORAJATILAN (STR/GEO Set B) YHDISTELYN VAAKAKUORMIA LIKUMISTARKASTELUSSA. - kitkakulmana voidaan käyttää tehokasta kitkakulmaa -liukumiskestävyyden osavarmuusluku 1,10