(YYT-C2003) GEORAKENTAMINEN JA KAIVANNAISTUOTANTO Kurssi-info Mikael Rinne 13.4.2016
Luennon sisältö Kurssin tavoitteet Sisältö, luennoitsijat ym. Harjoitukset Opetusmateriaali Mitä on Georakentaminen? Georakentamisen tutkimuksesta 2
Yleistä Valinnainen kurssi kandipääaineessa Energia- ja ympäristötekniikka Samanaikaisesti Geologia ja geomekaniikka -kurssin kanssa. Antaa perusvalmiuksia Georakentaminen - Geoengineering maisteriohjelmaan 3
Kurssin tavoitteet Antaa perustiedot liikenneväylien, energia- ja vesihuollon infrastruktuurin rakentamiseen tarvittavista tekniikoista ja rakentamisen reunaehdoista. Kurssi esittelee myös kaivannaisteollisuuden perustekniikat, kuten maansiirto- ja louhinta, poraustekniikat, maanrakennuskalusto ja työtekniikat. Antaa valmiuksia ymmärtää maa- ja kallioperä mineraalisten luonnonvarojen ja energian lähteenä ja varastona, sekä tilaresurssina erilaisille yhdyskunnan toiminnoille. Infra- ja kaivannaisalan arvoketjua (mineraalivarojen etsintä ja tutkimusmenetelmät, materiaalin irrotus, murskaus, jatkokäsittely) käsitellään eri vaiheissa huomioiden kierrätys, materiaali- ja energiatehokkuus, ympäristö ja ympäristöriskien hallinta sekä rakentamisen projektitoiminta. 4
Luennon tavoitteet Antaa yleiskuva kurssin tavoitteista, sisällöstä, harjoituksista ja excursiosta Kertoa mitä georakentaminen on Mitä georakentamiseen liittyvää tutkimusta Aaltoyliopistossa tehdään? 5
Luennoitsijat ja koordinaattori Prof. Mikael Rinne (Kalliorakentaminen ja kaivostekniikka) Prof. Leena Korkiala-Tanttu (Pohjarakennus ja maamekaniikka) Prof. Jussi Leveinen (Rakennusgeologia ja sovellettu geofysiikka) Prof. Terhi Pellinen (Tietekniikka ja maankäytön suunnittelu) Kurssikoordinaattori: lehtori Juha Antkainen (juha.antikainen@aalto.fi) Huone R 348 6
Luentoajat: 13.04-19.05 2016 (Periodi V, viikot 16-21) Keskiviikko 8:15-10:00, luentosali R2 Torstai 8:15-10:00, luentosali R2 Poikkeuksellisesti: To 11.5.2016 ja 18.5 klo 8.15-10:00 TUAS talossa /TU6 SEURAA MYCOURSE sivua: https://mycourses.aalto.fi/course/view.php?id=9425 mm. Luento ja hartjoitusohjelma 7
Luentojen aiheet L1 Ke 13.04 Avausluento; kurssin osaamistavoitteet, sisältö ja harjoitustyöt. Mitä on Georakentaminen? Georakentamisen tutkimus Aalto-yliopistossa. Rinne L2 Ke 14.04 Kallioperä tilaresurssina (liikennetunnelit ja maanalaiset pysäköintitilat, tekniset tilat, vesi- ja jätevesihuolto, kaukolämpö/-kylmä jne.). Rinne L3 Ke 20.04 Louhintatekniikkaa, laitetekniikkaa (kaivinkoneet, pyöräkuormaajat, dumpperit, kuorma-autot, porakoneet jne). Rinne L4 To 21.04 Georakentamisen ja malminetsinnän kenttätutkimusmenetelmät. Leveinen L5 Ke 27.04 Maankamara energiavarojen lähteenä ja energiavarastona, ydinjätteen loppusijoituspaikkana ja CO2 varastona. Leveinen L6 To 28.04 Maa- ja pohjarakennustekniikkaa (mkl. maansiirto, pohjarakenteet, Korkialapohjanvahvistus, pengerrys, kuivatus, läjitys). Tanttu L7 To 04.05 L8 Ke 11.05 L9 To 12.05 L10 Ke 18.05 L11 To 19.05 Suomen keskeiset geol. luonnonvarat, yhteiskunnan raaka-ainehuollon perusteet; kiviaines- ja vesivarat, rakennuskivet, malmi- ja teollisuusmineraalit. Prosessoidut rakennusmateriaalit rakentamisessa (murskeet ja sitomattomat rakenteet, päällystetekniikkaa). Elinkaariajattelun perusteet ja soveltaminen georakentamiseen. Geo- ja tierakentamisen projektihallintoa/ suunnitteluvaiheet, maankäyttö- ja kaavoitus. Liikenneväylien geometrinen suunnittelu ja suhde maankäyttöön. Georakentamisen ja kaivannaistoiminnan ympäristövaikutukset ja materiaalien uusiokäyttö. Leveinen Pellinen Korkiala- Tanttu Pellinen Korkiala-8 Tanttu
Presemo kysely: Tämän kurssin (oletettu) hyödyllisyys diplomi-insinööritutkintosi kannalta? Anna kommentti siitä, mitä aiheita haluaisit painotettavan tällä kurssilla. Kirjoita mobiililaitteen selaimeen seuraava osoite: http://presemo.aalto.fi/geoarak 9
Harjoitukset (pakollisia) 1) Geofysiikan kenttäharjoitus (Tero Hokkanen) 2) Kairausharjoitus (Henry Gustafsson) 3) Työturvallisuusharjoitus koetunnelissa (Otto Hedström, Petri Peltonen) 4) Lastausharjoitus (Otto Hedström) 10
Kuvaus harjoituksista Geofysiikan kenttäharjoituksessa tutustutaan seismiseen taittumisluotaukseen. Harjoitus on demoluonteinen. Kukin opiskelija ottaa Maa-ja pohjarakennuksen laboratoriosta (R124) kypärän mukaan harjoituksiin. Harjoitus tehdään Maarin rannassa Otaniemessä. Harjoitusalue Pohjatutkimusharjoituksessa tutustutaan seuraavin menetelmiin: - painokairaus - häiriintyneen maanäytteen ottaminen - maan suljetun leikkauslujuuden määrittäminen siipikairalla 11
Kuvaus harjoituksista Työturvallisuusharjoitus tehdään Otaniemen kampuksen alla sijaitsevassa tutkimustunnelissa. Harjoituksessa käydään läpi rakentamiseen, mm. tunneli- ja tietyömaa turvallisuuteen liittyviä näkökohtia. Työturvallisuuskuulustelu luennon päätteeksi. TKK:n päärakennus Koetunneli Väest Lastausharjoituksen oppimistavoitteena on, että opiskelija saa tuntumaa maarakennustöiden käytännöistä ja työturvallisuudesta. 12
Harjoitusajat Ilmoittaudu Oodiin! Tilanne 6.4.2016 13
YYT-C2003 Excursio 17.5.2016 klo 12 Ohjelmassa: - Jätkäsaari, Helsinki - Tapiolan metrotoimisto, Länsimetron ja Tapiolan esittelyä - Tapiola ja lähikohteet - Ruokaa, juomaa ym. Ramboll. Leppävaara klo 17 jälkeen Tilaisuus päättyy klo 22 Sitovat ilmoittautumiset erikseen päivä- ja iltaosuuteen 6.5. klo 12 mennessä Oodissa. Erityisruokavaliotoiveet sähköpostilla: Henry.Gustavsson@aalto.fi 14
Tentti Tentti sisältää sekä monivalintakysymyksiä, että perinteisiä essee-tyyppisiä kysymyksiä. Tentti ti 24.5.2016 klo 9-12 sali R2 =>213a Konetekniikka 1 15
Opetusmateriaali Rinne Leveinen Korkiala-Tanttu Pellinen Hakapää & Lappalainen (toim.): Kaivos- ja louhintatekniikka. Opetushallitus (2009/2011) Maan ytimestä avaruuteen Bidrag till kännedom av Finlands natur och folk 180 (2009), s. 53 72. Suomen mineraali varannot (Tai. Haapala & Pulkkinen. (Toim). Maan ytimestä avaruuteen.) Yhd- 0_1100_liikenne- _ja_tietekniikan_verk kokirja MyCourseen materiaalia Metallimalmikaivostoimi nnan parhaat ympäristökäytännöt (2009) PRUJU Robb. Introduction to Ore Forming Processes Maa-ainesten kestävä käyttö. Ympäristöhallinnon ohjeita 1/2009 Raimo Jääskeläinen: Maarakennuksen ja Louhinnan perusteet (2010)
(YYT-C2003) GEORAKENTAMINEN JA KAIVANNAISTUOTANTO Mitä on georakentaminen? Mikael Rinne 13.4.2016
Mitä on Georakentaminen? Useita merkityksiä: Rakentamisen osa-alue Georakentamien engl. Geoengineering. Geoengineering tarkoittaa perinteisen georakentamisen lisäksi myös ilmastonmuokkausta. Georakentaminen; uuden maisteriohjelman pääaine Georakentaminen; tutkimusryhmä Aalto-yliopistossa 18
Mitä on Georakentaminen Aallossa? Sovellettu geofysiikka: Maa- kallioperän tutkiminen ainetta rikkomattomilla menetelmillä Tekninen geologia: Geologisen tiedon kerääminen/ tutkiminen mm. rakentamista ja kaivannaistoimintaa varten Geotekniikka: Maaperän teknisten ominaisuuksien tutkiminen ja soveltaminen maa- ja pohjarakentamisessa (esim. perustukset) Kalliorakentaminen: Kallioperän teknisten ominaisuuksien tutkiminen ja soveltaminen maanalaisessa rakentamisessa ja kaivostoiminnassa Tietekniikka: Teiden suunnitteluun, rakentamiseen ja kunnossapitoon liittyvää tutkimusta. 19
Mitä on Georakentaminen Aallossa? Insinöörigeologia Maa- ja pohjarakennus Tietekniikka Tierakenteet Maaperä Maarakenteet ja perustukset Pohjavesi Kalliorakennus- / kaivostekniikka Kallioperä 20
Mistä Georakentaminen ammentaa? Georakentaminen kerää ja hyödyntää tietoa maa ja kallioperän ominaisuuksista, rakennettavuudesta, rakenteista ja maanpinnan muodoista. Georakentamiselle keskeisiä ovat: Luonnontieteet (geologia, geofysiikka, kemia) Rakentaminen (statiikka- ja dynamiikka, mekaniikka, materiaalitekniikka, termodynamiikka, rakennustekniikka) Talous, projektinhallinta ja tietomallinnus Vahvoja kytkentöjä mm. vesi- ja ympäristö (jätevedenpuhdistuslaitokset, vesi- ja viemäritunnelit, kanavat, padot.) liikenneväylien ja alueiden rakentaminen energia (maanalaiset lämpö- ja kylmäakut, ydinjätteen loppusijoitus, polttoainevarastot.. konetekniikka (maansiirtokoneet, porajumbot, murskaimet ) 21
Mitä INFRA-rakentamisella tarkoitetaan? Tekniset rakenteet; kadut, tiet, radat, tunnelit, sillat, satamat, lentokentät ym. tekniset verkostot (vesi, lämpö, sähkö ja tieto). Yli 1/4 Suomen rakentamisen kokonaisvolyymista on infran rakentamista ja kunnossapitoa. Yhteensä 8 mrd /vuosi. Ala työllistää suoraan 45 000. (Rakennusteollisuus RT 2014). Kuva MTR 22
Megatrendit ja Georakentaminen Megatrendit ohjaavat maailman kehityskulkua Tutkimushaasteet kasvavat megatrendeistä: - Kaupungistuminen - Informaatioteknologian nopea kehitys - Raaka-aineiden ja energian kysynnän kasvu - Kierrätys ja ympäristötietoisuuden kasvu - Ilmaston muutos. Georakentajien keskeiset tutkimusmenetelmät: - Maastotutkimukset - Laboratoriotutkimukset - Mallinnus Universe today by Fraser Cain 23
Georakentamisen maisteriohjelma CIV WAT SPT = Building Technology = Water and Environmental Engineering = Spatial Planning and Transportation Engineering 24
Georakentamisen maisteriohjelma Geotechnical Engineering / Geoteknikko In geotechnical engineering the mechanical, hydraulic and thermal properties of the soil and their impact on foundations, soil-structure interaction and soil improvement are the main fields of research. Good geotechnical knowledge is the foundation of all construction actives. 25
Georakentamisen maisteriohjelma Rock Engineering / Kallio-insinööri The core fields are rock mechanics, excavation techniques, blasting technics and applied geosciences. Rock Engineering provides education on exploiting bedrock as an underground space and as a mineral resource. The education gives proficiency in designing optimal structures in the rock and expertise to carry out these plans in a safe, economic and environmentally friendly way. 26
Georakentamisen maisteriohjelma Road Engineering / Tie-insinööri The focus of research and teaching in the road engineering are the geometric and structural design of roads, their construction, pavement engineering and road maintenance. Performance of road pavements and their material characterization. Roads and trafficked areas are an important part of societal infrastructure and have profound impact on everyday life and the entire function of the society. 27
Georakentamisen maisteriohjelma Myös muiden Geoinsinöörien urapolkuja. Esim geologisen osaamisen painostus Rakennusgeologin ammatin perustaksi Malminetsinnän tehtävät tai Kaivosinsinöörin urapolut kuva Rauli Rajakangas 28
Maisterivaiheen Geo-sivuaine Minor in Geoengineering and mineral based materials Engineering Geology (5 cr.) Geotechnics (5 cr.) Rock Excavations (5 cr.) Common studies (15 cr., mandatory) Advanced studies (15 cr., elective) Select 3 courses from the table below. Suggestions are given according to your area of interest. Geomaterials Geotechnical engineering Highway Engineering Rock Engineering, Mining and Mineral Resource Engineering Building Materials Technology Experimental Methods in Building Material Technology Economic Geology and Mineral Economics Finite Element Method Advanced Soil Mechanics Structural Design of Roads Rock Mechanics Foundation Geometric Design of Economic Geology Engineering and Roads and Mineral Ground Economics Improvement Finite Element Foundation Engineering Foundation Method and Ground Engineering and Improvement Georakentaminen Ground ja Improvement kaivannaistuotanto Project course in Geoengineering 29
Georakentamisen tutkimus 2016 Yhdyskunta- ja ympäristötekniikan laitos prof. Mikael Rinne, Kalliorakentaminen prof. Jussi Leveinen, Teknillinen Geologia Professorit 5 Lehtorit 2 Post docs 3 Laboratorioinsinöörit, teknikot ym. 5 Sihteeri 1 Tohtorinkoulutettavat 5 Projektihenkilöstö (10-15) prof. Terhi Pellinen, Tietekniikka prof. Leena Korkiala-Tanttu, Geotekniikka Yht. ~ 30-35 henkilöä prof. Wojciech Sołowski, Geotekniikka 30
Georakentamisen tutkimuksesta Ydinjätteen loppusijoitustutkimuksia ONKALO Underground Research Laboratory. Posiva, Olkiluoto, Finland. Topics Behaviour of rock mass, buffer bentonite and backfill materials Coupled THM loading effects on rock and buffer Ground water flow, transport of contaminants. Main partners: Posiva, STUK, SKB, VTT Infrastructure: Geophysical Site Investigations, Rock and Soil Testing Machines, The principle of nuclear waste disposal Numerical Modelling. Other: National and international research and education programmes (Petrus, YTERA, EURANET, KYT and YJH-course). 4 1 2 3 31
Georakentamisen tutkimuksesta Fracture mechanics modelling of a concrete spalling experiment under T-M load (ICSE/ Siren et al 2014) Fracture propagation around drilled opening (Ø 1,7 m) due to thermomechanical loads (ICSE). 32
Georakentamisen tutkimuksesta Development of stereophotogrammetry and pulse-lasertechniques in rock characterization 3d scan by Jorma Palmen 33
Georakentamisen tutkimuksesta Non-destructive investigation of conrete Location of pipelines, cables, cavities Presense of humidity Damage by humidity, frost 34
Georakentamisen tutkimuksesta Asfaltin kierrätys lisääntyy 35
Georakentamisen tutkimuksesta Maan lämpötilamallinnukset ja energiapaalujen käyttö Perez, C. Analysis of Energy piles. Master s Thesis, Aalto University. 36
Georakentamisen tutkimuksesta Routanousu ja roudansyvyys; maastohavainnot ja laskenta 37
Georakentamisen tutkimuksesta A method to downscale joint surface roughness by creating replicas using 3D printed molds (KARMO/ Uotinen et al., 2014) 3D printed casting mold Granitic joint surface (1,75m x 0,95 m). 3D photogrammetry Joint roughness is important e.g. to asses slope stability Concrete replica downscaled to 125 mm x 115 and to be tested in a shear box (KARMO) 38
Georakentamisen tutkimuksesta Suomen Akatemian rahoittama 3 vuotinen tutkimus koskien aurinkoenergian käyttöä kaukolämmitykseen. DRAKE LANDING SOLAR COMMUNITY 2313 m2 Geo-ryhmä selvittää lämmön kalliovarastointimahdollisuuksia 2x120 m3 52 homes 144 boreholes 39