Paaluseminaari 2015 Ajan vaikutus geoteknisen kestävyyden kehittymiseen

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Paaluseminaari 2015 Ajan vaikutus geoteknisen kestävyyden kehittymiseen"

Anita Jurkka
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Paaluseminaari 2015

2 Esityksen sisältö: Johdanto Teoriaa Koekohteet Tuloksia koekohteilta Yhteenveto 2

3 Johdanto Tiedossa on, että paalujen geotekninen kestävyys kehittyy ajan kuluessa Tausta ja syyt on kuitenkin joiltakin osin hämärän peitossa Geoteknisen kestävyyden kehitys voidaan jakaa: - lyhytaikaiseen kehitykseen - pitkäaikaiseen kehitykseen 3

osin hämärän peitossa Geoteknisen kestävyyden kehitys voidaan

4 Johdanto Lyhytaikainen kehitys - Johtuu paalutuksessa syntyneen huokosveden ylipaineen purkautumisesta ja sitä seuraavasta maan lujuuden palautumisesta - Kestää kitkamaissa minuuteista tunteihin - Alkaa heti paalutuksen päätyttyä Pitkäaikainen kehitys - Johtuu tutkimuksien mukaan maan ikääntymisestä (soil ageing) ja jännitysten vapautumisesta (stress relaxation) (Schmertmann 1991; Chow et al. 1996) - Kestää kitkamaissa yleensä 1 90 päivää - Alkaa myös heti paalun asennuksen jälkeen 4

Pitkäaikainen kehitys - Johtuu tutkimuksien mukaan maan ikääntymisestä (soil ageing) ja jännitysten vapautumisesta

5 Pitkäaikainen kehittyminen Maan ikääntyminen (Soil ageing) Maan ikääntyminen tarkoittaa maassa ajan kanssa tapahtuvaa kehitystä maan lujuudessa, jäykkyydessä ja dilataatiossa (Axelsson 2000) Dilataatio on maassa esiintyvien leikkausjännitysten vaikutuksesta tapahtuvaa tilavuuden muutosta. Dilataation vaikutuksesta tiiviissä maassa tilavuus kasvaa. Lujuuden kehitykselle on esitetty erilaisia selityksiä, luontevin on maapartikkelien uudelleenjärjestäytyminen (Schmertmann 1991) - Maarakeiden uudelleen järjestäytyessä maan kitkaominaisuudet kehittyvät, kun maarakeet liukuvat toistensa ohitse ja rakeet lomittuvat keskenään 5

Dilataation vaikutuksesta tiiviissä maassa tilavuus kasvaa.

6 Jännitysten vapautuminen (Stress relaxation) Holvirakenteen syntyminen Maata syrjäyttävän paalun asentaminen lyömällä tiivistää maata paalun kärjen alla ja työntää maata kärjen alta paalun sivuille Maan syrjäytymisen seurauksena myös horisontaaliset jännitykset kasvavat paalun ympärillä (Axelsson & Baker 2007) Paalun lyöminen aiheuttaa poikittaisvärähtelyä ympäröivään maahan. Värähtely työntää maata paalun säteen suunnassa vaipalta poispäin Sivuille työntynyt maa muodostaa paalun vaipan ympärille holvirakenteen, jossa maa aivan paalun vaipan läheisyydessä on alkuperäistä löyhempää ja maa hieman kauempana vaipasta on alkuperäistä tiiviimpää Nämä tiiviyden muutokset tapahtuvat aivan paalun vaipan välittömässä läheisyydessä 6

7 Jännitysten vapautuminen Maata syrjäyttävän paalun asentaminen lyömällä tiivistää maata paalun kärjen alla ja työntää maata kärjen alta paalun sivuille. Maan syrjäytymisen seurauksena myös horisontaaliset jännitykset kasvavat paalun ympärillä (Axelsson & Baker 2007) Paalun lyöminen aiheuttaa poikittaisvärähtelyä ympäröivään maahan. Värähtely työntää maata paalun säteen suunnassa vaipalta poispäin Sivuille työntynyt maa muodostaa paalun vaipan ympärille holvirakenteen, jossa maa aivan paalun vaipan läheisyydessä on alkuperäistä löyhempää ja maa hieman kauempana vaipasta on alkuperäistä tiiviimpää Nämä tiiviyden muutokset tapahtuvat aivan paalun vaipan välittömässä läheisyydessä 7

8 Jännitysten vapautuminen (Stress relaxation) Holvirakenteen takia paalun vaipalla vaikuttavat horisontaalijännitykset ovat alhaisia heti asennuksen jälkeen vaippavastus on alhainen Ajan kuluessa holvirakenne heikkenee ja romahtaa vaippaa vasten, jonka seurauksena vaipalla vaikuttavat horisontaalijännitykset kasvavat Tapahtumaa kutsutaan jännitysten vapautumiseksi (stress relaxation) 8

kuluessa holvirakenne heikkenee ja romahtaa vaippaa vasten, jonka seurauksena vaipalla

9 Maarakeiden koon, muodon ja lujuuden vaikutus Maarakeiden koko, muoto ja lujuus vaikuttavat siihen, kuinka paljon edellä esitetyt pitkäaikaistekijät kasvattavat maan lujuutta sekä maan dilataatiokäyttäytymistä Pienet maarakeet lomittuvat paalun vaippapinnan kanssa tehokkaammin kuin suuret. Pienillä rakeilla myös kontaktipinta-ala paalun kanssa kasvaa Särmikkäillä maarakeilla esiintyy suurempaa dilataatiota kuin pyöreillä maarakeilla, koska särmikkäät rakeet lomittuvat tehokkaammin keskenään Maarakeiden murskautuessa maan dilataatiokäyttäytyminen vähenee eli toisin sanoen jännitykset eivät kasva enää samalla tavalla paalun kuormituksessa. Lujemmat maarakeet eivät murskaannu paalun asennuksessa ja kuormituksessa niin helposti 9

Pienillä rakeilla myös kontaktipinta-ala paalun kanssa kasvaa Särmikkäillä maarakeilla esiintyy suurempaa dilataatiota kuin pyöreillä maarakeilla, koska särmikkäät rakeet lomittuvat

10 Vaippapinnan karkeuden vaikutus Paalun vaippapinnan karkeus vaikuttaa merkittävästi rajapinnan leikkauskestävyyskulmaan ja rakeiden lomittumiseen vaippapinnan kanssa Karkeammalla vaippapinnalla maan dilataatiokäyttäytyminen on voimakkaampaa Dilataatiosta johtuvaa jännitysten kasvua vaipalla voidaan arvioida kaavalla Vaakasiirtymän (dilataation) arvo teräspaalulla 0,02 mm ja teräsbetonipaalulla 0,03 mm 10

maan dilataatiokäyttäytyminen on voimakkaampaa Dilataatiosta johtuvaa jännitysten kasvua vaipalla

11 11

12 Koekohteet Zatelliitin siltapaikka Kempeleessä Tuuliharju siltapaikka Limingassa Haastavat pohjaolosuhteet maanpintaa peittää savea ja silttiä sisältävä vaihtelevan paksuinen kerros pintakerroksen alla on silttipitoinen kerros, joka ulottuu jopa 30 m syvyyteen silttikerrostuman alla on hiekkainen kerrostuma kantava sora- tai moreenikerrostuma sijaitsee jopa m syvyydessä kalliopinta on GTK:n tutkimuksien mukaan alueella jopa m syvyydessä Molemmat koekohteet sijaitsevat Muhoksen siirtymän alueella 12

syvyyteen silttikerrostuman alla on hiekkainen kerrostuma kantava sora- tai moreenikerrostuma sijaitsee jopa 50 60 m syvyydessä

13 Muhoksen siirtymä (GTK Hakku) 13

14 Koepaalutus Zatelliitissa yhteensä neljä teräsbetonipaalua (TB300b) ja kuusi teräsputkipaalua (RR323,9/10) Tuuliharjussa kaksi teräsbetonipaalua (TB300b) ja kolme teräsputkipaalua (RR323,9/10) Koekuormitukset suoritettiin maaliskuussa 2015 PDA-mittaukset neljässä vaiheessa: heti asennuksen päätyttyä, noin 1 vuorokauden kuluttua, kahden viikon kuluttua ja neljän viikon kuluttua asennuksesta. Kolmesta viimeisestä mittauskerrasta CAPWAP-analyysit Mittauksilla pyrittiin selvittämään, kuinka paalujen geotekninen kestävyys kehittyy 14

neljässä vaiheessa: heti asennuksen päätyttyä, noin 1 vuorokauden kuluttua, kahden viikon kuluttua ja neljän viikon kuluttua

15 Tuloksia Teräsbetonipaalut oli pituudeltaan m ja valmistettu 2-3 elementistä Teräsbetonipaalujen rakenteellinen kestävyys oli saavutettu jo kolmannella mittauskerralla Lyönninaikaiset jännitykset saavuttivat sallitun ylärajan 28 MPa * 1,1 = 30,8 MPa Teräsbetonipaaluja ei koekuormitettu enää neljännellä mittauskerralla 15

kolmannella mittauskerralla Lyönninaikaiset jännitykset saavuttivat sallitun

16 Tuloksia Zatelliitin teräsbetonipaalut Mobilisoitunut staattinen vastus [kn] ZEB1 [30 m] ZEB2 [27 m] ZPB3 [27 m] ZPB4 [32 m] Aika [d] 16

2000 1500 1000 500 ZEB1 [30 m] ZEB2 [27 m]

17 Zatelliitin teräsbetonipaalu ZEB2 Alkuperäinen pituus 27 m Lopulta noin 20 m 17

18 Tuloksia Tuuliharjun teräsbetonipaalut 2500 Mobilisoitunut staattinen vastus [kn] TU-B1 [25 m] TU-B2 [23 m] Aika [d] 18

19 Tuloksia Vaippavastuksen kehitys Zatelliitissa ja Tuuliharjussa Mobilisoitunut staattinen vastus vaipalla [kn] ZEB1 [30 m] ZEB2 [27 m] ZPB3 [27 m] ZPB4 [32 m] TU-B1 [25 m] TU-B2 [23 m] Aika [d] 19

1400 1200 1000 800 600 400 200 ZEB1 [30 m] ZEB2 [27 m] ZPB3 [27

20 Zatelliitin teräsputkipaalujen tuloksia Mobilisoitunut staattinen vastus [kn] ZET1 [30 m] ZET2 [34 m] ZET3 [37 m] ZPT4 [37 m] ZPT5 [33 m] ZPT6 [27 m] Aika [d] 20

500 ZET1 [30 m] ZET2 [34 m] ZET3 [37 m] ZPT4 [37 m]

21 Tuloksia koekohteilta Tilaaja Liikennevirasto Suunnittelu VR-Track Oy Paalutusurakoitsija Maasto-Seppo Oy Paalutunnus LE [m] ZEB1 31 ZEB2 27,5 ZPB3 27,5 ZPB4 32,8 Aika Geotekninen Geotekninen kestävyys, Painuma EMX asennuksesta kestävyys, Case CAPWAP [kn] per lyönti [knm] Method [kn] Yhteensä Vaippa Kärki [mm] EOD ,3 23 tuntia vuorokautta ,4 28 vuorokautta EOD ,3 24 tuntia ,6 15 vuorokautta ,8 28 vuorokautta EOD ,4 21 tuntia ,7 16 vuorokautta ,1 28 vuorokautta EOD ,7 22 tuntia ,9 16 vuorokautta ,2 28 vuorokautta Koekuormitukset Inspecta Oy TU-B1 25,9 TU-B2 24,2 EOD ,7 20 tuntia ,2 14 vuorokautta ,8 28 vuorokautta EOD ,9 29 tuntia ,4 14 vuorokautta ,6 28 vuorokautta 21

22 Pituusleikkaus Zatelliitin siltapaikalta 22

23 Taustapaalulaattojen teräsbetonipaalut Olemassa olevan raiteen TB300 paalut 6-10 h asennuksen jälkeen Geotekinen Geotekninen kestävyys, Painuma Paalu Jc EMX kestävyys, Case CAPWAP [kn] per lyönti [knm] Numero LE [m] Method RMX [kn] Yhteensä Vaippa Kärki [mm] TP021 27, , ,0 TP024 27, , ,9 TP209 27, , ,7 TP211 27, , ,9 Tulevan kaksoisraiteen TB300 paalut 4-9 vrk asennuksen jälkeen Geotekinen Geotekninen kestävyys, Painuma Paalu Jc EMX kestävyys, Case CAPWAP [kn] per lyönti [knm] Numero LE [m] Method RMX [kn] Yhteensä Vaippa Kärki [mm] TP114 27, , ,4 TP125 27, , ,5 TP321 27, , ,4 TP325 27, , ,5 Taustapaalut olivat yhtä pitkiä ja loppulyönnit mm/10 lyöntiä 23

24 (Axelsson & Baker 2007) 24

25 Yhteenveto ja avoimet kysymykset Pitkäaikainen kehitys johtuu maan ikääntymisestä ja jännitysten vapautumisesta Lyhytaikainen kehitys johtuu huokosveden ylipaineen purkautumisesta Kitkamaissa kehitys voimakkainta kahden ensimmäisen viikon aikana Jos mahdollista niin huomioidaan paalujen geoteknisen kestävyyden kehitys hankkeissa Avoimet kysymykset: Geoteknisen kestävyyden kehityksen arviointimenetelmät Paalumateriaalin vaikutus Paalukoon vaikutus 25

26 Liikenneviraston tutkimuksia ja selvityksiä 49/ /lts_ _ajan_vaikutus_web.pdf 26

27 Lisää Inspectasta Ota yhteyttä Inspecta Sörnäistenkatu 2, Helsinki Puh: Fax: Jussi Kinnunen Hautalankatu 31, Tampere Puh: Lähteet: Axelsson, G. (2000). Long-term set-up of driven piles in sand. Doctoral Thesis, Royal Institute of Technology. Stockholm. 194 s. Axelsson, G. & Baker, S. (2007). Slagna friktionspålar. Pålkommissionen Rapport 103. Linköping. 103 s. Chow, F. C., Jardine, R. J., Brucy, F. & Nauroy, J. F. (1996). The effect of time on the capacity of pipe piles in sand. Proceeding 28th Offshore Technology Conference. Houston. Schmertmann, J. H. (1991). The mechanical ageing of soils. Journal of Geotechnical Engineering. ASCE. Vol. 117(9), s Tämä on Inspecta

28 Tämä on Inspecta

Samankaltaiset tiedostot

SSAB Teräspaalupäivä Ajan vaikutus paalun geoteknisen kestävyyden kehittymiseen

SSAB Teräspaalupäivä Ajan vaikutus paalun geoteknisen kestävyyden kehittymiseen SSAB Teräspaalupäivä 21.1.2016 1 21.1.2016 SSAB Teräspaalupäivä 2016 Esityksen sisältö: Johdanto Koekohteet Tuloksia koekohteilta Yhteenveto 2 Johdanto Tiedossa on, että paalujen geotekninen kestävyys