Tärinämittausraportit

Maa- ja pohjarakenteet 1 Matti Hakulinen 13.8.2009 RAKENTAMISEN AIHEUTTAMAT TÄRINÄT -TUTKIMUSHANKE Tärinämittausraportit Postiosoite Käyntiosoite Vaihde Faksi PL 600 33101 Tampere Korkeakoulunkatu 5, 33720 Tampere 03-3115 111 03-3115 2884

2 SISÄLLYS Teräsbetonipaalutus, Lahti.. 3 Teräsbetonipaalutus, Kangasala.....22 RR- paalutus, Kangasala.... 35 Paalutus Franki- menetelmällä, Kangasala....50 Teräsbetonipaalutus, Lappeenranta 63 Teräsbetonipaalutus, Kuopio..78 RR-paalutus, Kuopio.. 95 Kaivinpaalutus Kelly- menetelmällä, Leppävaara 111 Porapaalutus, Leppävaara. 133 Pudotustiivistys, Lappeenranta.144 Roudan rikkominen hydraulivasaralla, Lappeenranta..158 Tärylevy, Lappeenranta 170 Hanna Leppäsen diplomityössä: Paalutuksesta ja pontituksesta aiheutuva tärinä, TTY 2008, on esitetty Tampereen Ratinan teräsbetonipaalutuksen, Viialan ohutläpimittaisten teräsputkipaalujen ja Lappeenrannan suuriläpimittaisten teräsputkipaalutujen sekä Tampereen tärymenetelmällä asennettujen ponttien tärinämittaustulokset. Selvityskohtaiset sisällys- ja kirjallisuusluettelot on esitetty kunkin taustaselvityksen yhteydessä

3 RAKENTAMISEN AIHEUTTAMAT TÄRINÄT - Tutkimushanke Lahti, Teräsbetonipaalutus, Tärinämittausraportti Kuva otettu paalutustyön jälkeen elokuussa, keltainen nuoli osoittaa likimääräisesti mittauspaikan.

4 SISÄLLYS 1 JOHDANTO...5 2 LYÖNTIPAALUTUS JA TÄRINÄNMITTAUSPISTEET...7 3 TÄRINÄNMITTAUSTULOKSET...9 3.1 Maasta mitatut tärinän heilahdusnopeudet... 9 3.2 Maasta mitatut tärinän taajuudet... 13 3.3 Rakennuksesta mitattu tärinä... 15 3.4 Rakennuksesta mitatut tärinän taajuudet... 19 4 JOHTOPÄÄTÖKSET...21

5 1 JOHDANTO Saksalankatu 6:n kiinteistössä tehtyjen tärinämittausten tavoitteena oli selvittää rakenteiden vieressä, noin yhden metrin etäisyydellä, tehtävän lyöntipaalutuksen tärinätaso vieressä olevassa rakennuksessa. Toissijaisesti pyrittiin selvittämään tärinän vähenemistä maassa etäisyyden kasvaessa. Tutkimuspaikka sijaitsee Lahdessa noin kilometrin Ensimmäisen Salpausselän eteläpuolella (kuva 1). Paikalla valettu pilari-laattarakenteinen teräsbetonipaaluilla perustettu teollisuusrakennus on tehty vuona 1986. Uudisrakentamisen yhteydessä vuonna 2008 tehdään uusi teräsrakenteinen julkisivu ja sen perustamiseen liittyvät paalutustyöt. Ensimmäinen Salpausselkä Mittauskohde Kuva 1. Mittauskohde Lahden aseman eteläpuolella(mml/193/512/2008). Mittauspaikalla on maanpinnassa kerrallisia savia ja silttejä. Hienorakeisten kerrostumien kokonaispaksuus on tärinämitatun paalun kohdalla noin 20 25 metriä. Hienorakeiset kerrostumat ohenevat pohjoiseen siirryttäessä. Tiiviit maakerrokset ja kallio nousevat maanpintaan noin 50 metrin etäisyydellä tutkimuspaikasta. Hienorakeisista näytteistä mitatut vesipitoisuudet ovat vaihdelleet välillä 33 74 % ja kartiokokeella määritetyt leikkauslujuudet välillä 18 34 kpa. Ylikonsolidoituneet hie-

6 norakeiset maa-ainekset ovat kerrostuneet Baltian jääjärven ja Yoldiameren aikana. Pohjavesi on alueella noin tasolla +76,5 (kuva 2). Pintakerrostuma Välikerrostuma Mitattu paalu Pohjamuodostuma Kuva 2. Ote pohjatutkimusleikkauksesta (Insinööritoimisto Y-Suunnittelu, Luhta Oy Teollisuusrakennus, Lahti, Perustamistapaselvitys 14.2.1986).

7 2 LYÖNTIPAALUTUS JA TÄRINÄNMITTAUSPISTEET Paalut olivat teräsbetonisia lyöntipaaluja 300 x 300 mm 2, paalutusluokka II. Paalutuskoneena oli Junttan PM 20 ja vapaapudotusjärkäleen paino 40 kn. Järkäleen pudotuskorkeus oli noin 0,25 0,30 m. Maanpinnan korkeus paalutuspaikalla oli noin + 77. Tärinämittausten kenttätyöt teki Kivi- ja Maa-asia Valtonen Ky 15.5.2008. Tärinästä mitattiin heilahdusnopeudet (mm/s) ja taajuudet (Hz) Instantel MiniMate Plus mittareilla. Mittaukset tehtiin kolmessa toisiaan kohtisuorassa suunnassa kolmikomponenttigeofonilla, pysty- (vert), pitkittäis- (long) ja poikittaissuunnissa (trans). Mittauspisteiden sijainti on esitetty kuvissa 3,4,5 ja 6. MP 1, maassa MP 4, Kellarissa MP 2 ja 3 maassa Noin 6 metriä Kuva 3. Mittauspisteet maassa ja kellarissa.

8 MP 5, Kolmannessa kerroksessa MP 6 Kolmannessa kerroksessa, laatan keskellä Noin 6 metriä Kuva 4. Mittauspisteet kolmannessa kerroksessa. Kuva 5. Tärinämittauspiste MP1, noin yhden metrin etäisyydellä paalusta.

9 MP 5 ja 6 Kolmannessa kerroksessa Paalun sijainti MP 4 kellarissa MP 1, 2 ja 3 maassa Kuva 6. Mittauspisteet. 3 TÄRINÄNMITTAUSTULOKSET 3.1 Maasta mitatut tärinän heilahdusnopeudet Kuvissa 7,8 ja 9 on esitetty tärinänmittaustulokset maassa paalun lyöntivastuksen suhteen. Tärinätarkastelu on jaettu kolmeen osaan: pintakerrostumaan, välikerrostumaan ja pohjamuodostumaan, paalun tunkeutumistason ja lyöntivastuksen perusteella. Pintakerrostuma paksuus on noin 5 metriä, välikerrostuman noin 16 metriä ja pohjamuodostuman noin 6 metriä. Pinta- ja välikerrostumien rajausta ei voi selkeästi tehdä kairausten perusteella (kuva 2), vaikka pintakerrostuma erottuu lyöntivastuksen perusteella selvästi välikerrostumasta. Sekä pinta- että välikerrostuman maa-aines on hienorakeista savea ja silttiä. Pohjamuodostuman yläosa on todennäköisesti karkeampaa hiekkaa ja alinna moreenia. Tärinämittauksen aikana paalu ei voitu lyödä lopulliseeen

10 tasoon paalutustyössä ilmenneiden ongelmien vuoksi. Loppulyöntien aikaista tärinää ei saatu mitattua. MP1, maassa yhden metrin etäisyydellä paalusta Paalu 1, MP1, r = 1m heilahdusnopeus [mm/s] 0 20 40 60 80 100 0 5 Lyöntivastus 10 Pitkittäinen Syvyys [m] 15 Poikittainen Pysty 20 25 30 0 20 40 60 80 100 Lyöntivastus [lnt/0,5m] Kuva 7. Tärinänmittaustulokset mittauspisteessä MP1, noin yhden metrin etäisyydellä paalusta. Tärinä oli suurinta pintakerrostumassa, pystysuunnassa noin 63 mm/s paalun kärjen ollessa noin 2 3 metrin syvyydessä. Vaakasuunnissa tärinä oli jonkin verran pienempää, suurimmillaan noin 45 mm/s. Paalun tunkeutuessa ja etäisyyden kasvaessa tärinä väheni ja oli paalun tunkeutuessa välikerrostumassa ja pohjamuodostumassa samaa suuruusluokkaa, suurimmillaan noin 35 mm/s.

11 MP2, maassa kymmenen metrin etäisyydellä paalusta Mitttauspisteessä MP2 tärinän mittaus pinta- ja välikerrostumissa epäonnistui mittausteknisten ongelmien vuoksi. Suurimmillaan tärinä oli paalun tuntkeutuessa pohjamuodostumaan pystysuunnassa noin 2 mm/s. Paalu 1, MP2, r = 10m heilahdusnopeus [mm/s] 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0 5 Lyöntivastus 10 Pitkittäinen Syvyys [m] 15 Poikittainen Pysty 20 25 30 0 20 40 60 80 100 Lyöntivastus [lnt/0,5m] Kuva 8. Tärinänmittaustulokset mittauspisteessä MP2, noin kymmenen metrin etäisyydellä paalusta.

12 MP3, maassa kahdenkymmenen metrin etäisyydellä paalusta Paalu 1, MP3, r = 20m heilahdusnopeus [mm/s] 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0 5 Lyöntivastus 10 Pitkittäinen Syvyys [m] 15 Poikittainen Pysty 20 25 30 0 20 40 60 80 100 Lyöntivastus [lnt/0,5m] Kuva 9. Tärinänmittaustulokset mittauspisteessä MP3, noin kahdenkymmenen metrin etäisyydellä paalusta. Tärinä oli pintakerrostumassa suurinta pystysuunnassa noin 0,8 mm/s paalun kärjen ollessa noin 2 4 metrin syvyydessä. Vaakasuunnissa tärinä oli jonkin verran pienempää, suurimmillaan noin 0,6 mm/s. Paalun tunkeutuessa välikerrostumassa tärinätaso alenee ja on suurimmillaan pystysuunnassa noin 0,6 mm/s. Paalun tunkeutuessa pohjamuodostumaan tärinätaso jonkin verran kasvaa ja on suurimmillaan noin 1 mm/s vaakasuunnassa. Kuvissa 10 ja 11 on esitetty tärinän väheneminen maassa etäisyyden suhteen. Tarkasteluun on otettu kussakin mittauspisteessä ja mittausetäisyydellä suurin mitattu arvo.

13 70 Vaimeneminen maassa 60 50 [mm/s] 40 30 v k max W r 20 k = 0,75 k = 1,5 10 k = 0,2 0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 10. Tärinän väheneminen maassa etäisyyden suhteen. 100 Vaimeneminen maassa 10 k = 0,75 k = 1,5 [mm/s] k = 0,2 1 v k max W r 0,1 1,0 10,0 100,0 Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 11. Tärinän väheneminen maassa etäisyyden suhteen logaritmisella asteikolla. Etäisyyksillä 10 metriä (MP2) ja 20 metriä (MP3) k:n arvo on noin 0,2. Lähellä paalua, yhden metrin etäisyydellä, k:n arvo on selvästi suurempi, noin 0,7. Todellisuudessa k:n arvo on tätäkin selvästi suurempi, koska kuvien 10 ja 11 tarkastelut on tehty vaakaetäisyyden yhden metrin mukaan. Kun k:n arvo määritetään todellisen etäisyyden, noin 2,5 metriä, perusteella, on k:n arvo lähietäisyydellä lähes kaksi. 3.2 Maasta mitatut tärinän taajuudet Kuvissa 12,13 ja 14 on esitetty tyypilliset maasta mitatut taajuusalueet.

14 MP1, maassa yhden metrin etäisyydellä paalusta Taajuuskäyrä, MP1 (vaaka) Taajuuskäyrä, MP1 (pysty) Kuva 12. Mittauspisteessä MP1 maassa mitatut tyypilliset taajuudet, kun paalun kärki on pintakerroksessa. Hallitseva taajuusalue on molemmissa suunnissa noin 10 40 Hz. MP2, maassa kymmenen metrin etäisyydellä paalusta Taajuuskäyrä, MP2 (vaaka) Taajuuskäyrä, MP2 (pysty) Kuva 13. Mittauspisteessä MP2 maassa mitatut tyypilliset taajuudet, kun paalun kärki on pintakerroksessa. Hallitseva taajuusalue on molemmissa suunnissa noin 10 30 Hz.

15 MP3, maassa kahdenkymmenen metrin etäisyydellä paalusta Taajuuskäyrä, MP3 (vaaka) Taajuuskäyrä, MP3 (pysty) Kuva 14. Mittauspisteessä MP3 maassa mitatut tyypilliset taajuudet, kun paalun kärki on pintakerroksessa. Vaakavärähtelyn taajuusalue on laajakaistainen. Pystyvärähtelyn taajuusalue on noin 2 15 Hz. Etäisyyden kasvaessa hallitsevat taajuudet selvästi mataloituvat. 3.3 Rakennuksesta mitattu tärinä Kuvissa 15,16 ja 17 on esitetty tärinänmittaustulokset rakennuksessa paalun lyöntivastuksen suhteen. Tärinätarkastelu on jaettu edellä esitettyyn tapaan kolmeen osaan: pintakerrostumaan, välikerrostumaan ja pohjamuodostumaan.paalun tunkeutumistason ja lyöntivastuksen perusteella.

16 MP4, rakennuksen kellarissa noin yhden metrin etäisyydellä paalusta Paalu 1, MP4 heilahdusnopeus [mm/s] 0 1 2 3 4 5 0 5 Lyöntivastus 10 Pitkittäinen Syvyys [m] 15 Poikittainen Pysty 20 25 30 0 20 40 60 80 100 Lyöntivastus [lnt/0,5m] Kuva 15. Tärinänmittaustulokset mittauspisteessä MP4, noin yhden metrin etäisyydellä paalusta kellarissa rakennuksen pilarissa. Mittauspiste MP4 oli kiinnitetty kellarissa rakennuksen pilariin. Tärinä oli suurinta pintakerrostumassa, vaakasuunnassa noin 3,3 mm/s paalun kärjen ollessa noin 2 3 metrin syvyydessä. Pystysuunnassa tärinä oli jonkin verran pienempää, suurimmillaan oin 3 mm/s. Paalun tunkeutuessa ja etäisyyden kasvaessa tärinä lähes jatkuvasti vähenee ja on paalun tunkeutuessa ja pohjamuodostumaan suurimmillaan noin 1 mm/s. Tärinä on merkittävästi vähäisempää kuin mittauspisteessä MP1 ja odotetusti samaa suuruusluokkaa kuin mittauspisteessä MP4. Paalun ollessa pintakerrostumassa tärinästä siirtyi noin 5 8 % rakennukseen ja paalun tunkeutuessa pohjamuodostumaan noin 2 8 % rakennukseen, kun tärinää tarkastellaan heilahdusnopeutena. Tärinän siirtyminen oli samaa suuruusluokkaa sekä pysty- että vaakasuunnassa.

17 MP5, rakennuksen kolmannessa kerroksessa noin kuuden metrin etäisyydellä paalusta Paalu 1, MP5 heilahdusnopeus [mm/s] 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 0 5 Lyöntivastus 10 Pitkittäinen Syvyys [m] 15 Poikittainen Pysty 20 25 30 0 20 40 60 80 100 Lyöntivastus [lnt/0,5m] Kuva 16. Tärinänmittaustulokset mittauspisteessä MP5, noin kuuden metrin etäisyydellä paalusta kolmannessa kerroksessa rakennuksen pilarissa. Mittauspiste MP5 oli kiinnitetty rakennuksen pilariin kolmannessa kerroksessa. Tärinä oli suurinta pintakerrostumassa, vaakasuunnassa noin 3,8 mm/s paalun kärjen ollessa noin 2 3 metrin syvyydessä. Pystysuunnassa tärinä oli jonkin verran pienempää, suurimmillaan 3 mm/s. Paalun tunkeutuessa välikerrostumaan ja pohjamuodostumaan tärinä suuruus oli pystysuunnassa noin 1,5 mm/s ja vaakasuunnissa noin 0,5 mm/s.. Tärinä on merkittävästi vähäisempää kuin maassa olevassa mittauspisteessä MP1. Tarkasteluissa on otettava huomioon että MP1 oli vaakasuunnassa yhden metrin ja MP5 kuuden metrin etäisyydellä paalusta. Paalun ollessa pintakerrostumassa tärinästä siirtyi

18 noin 5 8 % rakennukseen ja paalun tunkeutuessa pohjamuodostumaan noin 3 5 % rakennukseen, kun tärinää tarkastellaan heilahdusnopeutena. Tärinän siirtyminen oli samansuuruista sekä pysty- että vaakasuunnassa. MP6, rakennuksen kolmannessa kerroksessa noin 15 metrin etäisyydellä paalusta Paalu 1, MP6 heilahdusnopeus [mm/s] 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0 5 10 Syvyys [m] 15 20 Lyöntivastus Pitkittäinen Poikittainen Pysty 25 30 0 20 40 60 80 100 Lyöntivastus [lnt/0,5m] Kuva 17. Tärinänmittaustulokset mittauspisteessä MP6, noin 15 metrin etäisyydellä paalusta kolmannessa kerroksessa laatan keskellä. Mittauspiste MP6 oli kiinnitetty kolmannessa kerroksessa laatan keskelle. Paikalla valetun teräsbetonilaatan jänneväli on 12 metriä. Tärinä oli suurinta pintakerrostumassa, pystysuunnassa noin 2,5 mm/s paalun kärjen ollessa noin 5 metrin syvyydessä. Vaakasuunnissa tärinä oli selvästi pienempää, suurim-

19 millaan noin 0,4 mm/s. Paalun tunkeutuessa välikerrostumaan ja pohjamuodostumaan tärinä suuruus oli pystysuuntainen tärinä oli noin 1,5 mm/s. Tärinäenergia siirtyy rakennukseen ja edelleen rakenteissa monin eri tavoin ja useita reittejä pitkin. Tässä siirtymisen suuruutta on arvioitu yksinkertaistaen, olettamalla maassa mitattujen tärinän arvojen perusteella, että 15 metrin etäisyydellä maassa tärinä olisi suurimmillaan pystysuunnassa noin 1,5 mm/s (vrt. kuva 10). Tärinä vahvistui tällöin pystysuunnassa ja oli laatassa noin 1,5- kertaa suurempaa kuin maassa samalla etäisyydellä paalussa oleva tärinä. Vaakasuunnassa tärinä oli laatassa jonkun verran vähäisempää kuin maassa. 3.4 Rakennuksesta mitatut tärinän taajuudet Kuvissa 18,19 ja 20 on esitetty tyypilliset maasta mitatut taajuusalueet. Tärinän siirtyessä rakennukseen sen hallitsevat taajuudet lähestyvät rakenteiden ominaistaajuuksia. MP4, rakennuksen kellarissa noin yhden metrin etäisyydellä paalusta Taajuuskäyrä, MP4 (vaaka) Taajuuskäyrä, MP4 (pysty) Kuva 18. Mittauspisteessä MP4 rakennuksessa mitatut tyypilliset taajuudet, kun paalun kärki on pintakerroksessa. Vaakasuunnassa hallitseva taajuusalue oli laaja ja suurimmat värähtelyt olivat noin 30 40 Hz taajuuksilla. Pystysuunnassa hallitsevat taajuudet olivat alueilla3 8 Hz ja 13 20 Hz.

20 MP5, rakennuksen kolmannessa kerroksessa noin kuuden metrin etäisyydellä paalusta Taajuuskäyrä, MP5 (vaaka) Taajuuskäyrä, MP5 (pysty) Kuva 19. Mittauspisteessä MP5 rakennuksessa mitatut tyypilliset taajuudet, kun paalun kärki oli pintakerroksessa. Vaakasuunnassa hallitseva taajuusalue oli laaja, merkittävin värähtelyn taajuus oli noin 13 Hz. Pystysuunnassa hallitsevat taajuudet olivat alueilla 3 8 Hz ja 13 20 Hz.. MP6, rakennuksen kolmannessa kerroksessa noin 15 metrin etäisyydellä paalusta Taajuuskäyrä, MP6 (vaaka) Taajuuskäyrä, MP6 (pysty) Kuva 20. Mittauspisteessä MP6 rakennuksessa mitatut tyypilliset taajuudet, kun paalun kärki oli pintakerroksessa. Vaakasuunnassa värähtely oli vähäistä, merkittävin värähtelyn taajuus oli noin 13 Hz. Pystysuunnassa hallitsevat taajuudet olivat alueella 5 20 Hz.

21 4 JOHTOPÄÄTÖKSET Tärinä oli yleensä suurinta maanpinnan läheisyydessä paalun tunkeutuessa noin 3 5 metrin syvyydessä. Merkille pantavaa on, että hienorakeisen kerrostuman kuivakuori on melko ohut ja painokairausvastus melko vähäinen, yleensä alle 20 pk/0,2 metriä. Välikerrostumassa noin 5 20 metrin syvyydessä tärinä väheni selvästi ja kasvoi yleensä pohjamuodostumassa. Paalutushankaluuksien vuoksi loppulyöntejä ei voitu mitata. Paalun lähellä noin yhden metrin etäisyydellä maassa tärinän suuruus oli melko suurta, suurimmillaan pystysuunnassa 63 mm/s ja vaakasuunnassa 45 mm/s. Pystysuuntainen tärinä vastaa k:n arvoa 0.7, kun etäisyys mitataan vaakasuunnassa ja lähes 2, kun etäisyys otetaan huomioon todellisena paalun kärjestä. Paalun lähialueella noin alle 5 metriä paalusta, aaltoliikkeet eivät ole vakiintuneet. Tällä lähialueella tärinä vaimenee eri tavalla kuin pitemmillä etäisyyksillä. Tärinä vaimenee nopeasti etäisyyden suhteen. Osasyynä lienevät korkeat taajuudet, joiden vaikutus on selvästi suurempi tarkasteltaessa tärinää heilahdusnopeutena kuin siirtyminä. Muissa maassa olleissa mittauspisteissä tärinätaso oli suhteellisen alhainen ja se vastasi k:n arvoa noin 0,2. Tärinän suuruus oli yleensä samaa suuruusluokkaa sekä pysty että vaakasuunnissa. Maassa lähietäisyydellä hallitsevat korkeat taajuudet vaimenevat nopeasti etäisyyden kasvaessa. Samalla matalat tärinän taajuudet suhteellisesti kasvavat. Rakenteisiin siirtyessään värähtelyn taajuudet lähestyvät rakenteiden ominaistaajuuksia, erityisesti suuremmilla etäisyyksillä. Lyötävän paalun vieressä, noin yhden metrin etäisyydellä, rakennuksen pilarissa mitatut tärinätasot olivat alhaisia, suurimmillaan sekä pysty- että vaakasuunnassa noin 3 4 mm/s. Maan tärinästä siirtyi rakennukseen ainoastaan noin 2 8 %, kun tärinää tarkastellaan heilahdusnopeutena. Korkeasta tärinätasosta huolimatta rakennukseen siirtyvän tärinän määrä on alhainen. Korkeataajuinen tärinä ei herätä hitaita rakenteita, joiden ominaistaajuus on alhainen. Rakennuksen kolmannessa kerroksessa teräsbetonilaatan keskellä olevassa mittauspisteessä, tärinä voimistui pystysuunnassa noin 1,5-kertaiseksi verrattuna maassa vastaavalla etäisyydellä olevaan tärinään. Vaakasuunnassa vastaava tärinä väheni ja oli rakennuksessa noin 70 80 % maassa mitatusta tärinästä.

22 RAKENTAMISEN AIHEUTTAMAT TÄRINÄT - TUTKIMUSHANKE Kangasala Teräsbetonipaalutus Tärinämittausraportti

23 SISÄLLYS 1 JOHDANTO...24 2 LYÖNTIPAALUTUS JA TÄRINÄNMITTAUSPISTEET...26 3 TÄRINÄNMITTAUSTULOKSET...27 3.1 Maasta mitatut tärinän heilahdusnopeudet... 27 3.2 Rakenteista mitatut tärinän heilahdusnopeudet... 30 3.3 Maasta mitatut tärinän taajuudet... 31 3.4 Mitatun tärinätason suuruus verrattuna ohjearvoihin... 32 3.5 Tärinän siirtyminen maasta rakenteisiin... 33 4 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET...34

24 1 JOHDANTO Kangasalan kirjaston rakennustyömaalla tehtyjen tärinämittausten tavoitteena oli selvittää rakenteiden vieressä tehtävän lyöntipaalutuksen tärinätaso vieressä olevassa rakennuksessa. Toissijaisesti pyrittiin selvittämään tärinän vähenemistä maassa etäisyyden kasvaessa. Tässä raportissa on kuvattu teräsbetonisen lyöntipaalun tärinämittausten tulokset. Erillisissä raporteissa on esitetty RR-paalujen ja Franki- menetelmällä lyötyjen teräsputkipaalujen lyönnin yhteydessä tehtyjen tärinämittausten tulokset. Tutkimuspaikka sijaitsee Kangasalan keskustassa (kuva 1). Vanha kirjastorakennus on tehty paalujen varaan (kuva 2). Uudisrakentamisen yhteydessä tehdään paalujen varaan perustettava kirjaston laajennus. Uudisrakennuksessa on kolme maanpäällistä kerrosta, kellarikerros ja maanalainen pysäköintihalli. Mittauskohde Kuva 1. Mittauskohde Kangasalan keskustassa (MML/193/512/2008). Rakennuspaikka on Kangasalan harjun lievealueella, noin 100 metrin etäisyydellä harjusta. Ennen nykyisen rakennuksen rakentamista alueella on ollut osittain täytetty suo. Humuskerrokset ovat ulottuneet syvimmillään noin kuuden metrin syvyyteen noin tasoon +82 +83. Humusmaakerroksen alla on keskitiivistä silttiä, joka muuttuu syvemmällä vähitellen karkeneviksi maalajeiksi. Alueen pohjoisreunalla tiivis kerros on noin tasolla +76 +80 (Insinööritoimisto Geotesti Kangasalan kirjasto, pohjarakennesuunnitelma työnro 080198) Mittauspaikalla on maanpinnassa noin 1 2 metriä paksu täyttömaakerros, sen alapuolella silttiä noin 6 7 metriä ja siltin alla hiekkaa. Kairaukset ovat päättyneet noin tasolla +75, noin 15 20 metrin syvyydessä (kuva 3).

25 Kuva 2. Keltainen nuoli osoittaa mittauspaikan. Teräsbetonipaalut asennettiin kuvassa näkyvän olemassa olevan kirjastorakennuksen betoniseinän viereen rakennuksen ulkopuolella Teräsbetonipaalu 253 Kuva 3. Ote pohjatutkimusleikkauksesta (Insinööritoimisto Geotesti Oy, Kangasalan kirjasto 6.8.2008).

26 2 LYÖNTIPAALUTUS JA TÄRINÄNMITTAUSPISTEET Paalut olivat teräsbetonisia lyöntipaaluja 300 x 300 mm 2. Paalutuskoneena oli Junttan Junttan HHK-4A, 4 tonnin kiihdytetty järkäle. Pudotuskorkeus oli paalun kärjen ollessa syvyydessä 0 9,5 metriä 0,2 metriä ja syvyydessä 9,5 12 metriä 0,4 metriä. Vastaavat nimelliset lyöntienergiat olivat 8 kj ja 16 kj. Paalut oli suunniteltu kitkapaaluiksi, joten ne lyötiin pohjarakennesuunnittelijan määrittelemään tavoitetasoon. Paalupituus maassa oli 12 metriä. Tärinämittausten kenttätyöt teki Kivi- ja Maa-asia Valtonen Ky 27.1.2009. Tärinästä mitattiin heilahdusnopeudet (mm/s) ja taajuudet (Hz) Instantel MiniMate Plus mittareilla. Mittaukset tehtiin kolmessa toisiaan kohtisuorassa suunnassa kolmikomponenttigeofonilla, pysty-(vert), pitkittäis- (long) ja poikittaissuunnissa (trans). Mittarit kiinnitettiin kantaviin betonirakenteisiin (kuvat 6 ja 7). Kuva 6. Tärinän mittauspisteet ja paalu 253.

27 Kuva 7. Mittauspisteet MP1, MP2 ja MP3 maassa ja MP4 ja MP5 kellarin betonirakenteissa. 3 TÄRINÄNMITTAUSTULOKSET 3.1 Maasta mitatut tärinän heilahdusnopeudet Kuvissa 8-10 on esitetty tärinänmittaustulokset maassa paalun lyöntivastuksen suhteen. Tärinätaso pystysuunnassa oli selvästi suurempaa kuin vaakasuunnissa. Suurin tärinän arvo pystysuunnassa noin 2 metrin etäisyydellä oli noin 24 mm/s,kun paalun kärki oli noin 1,5 metrin syvyydessä. Tärinätaso aleni syvyyden kasvaessa lähimmissä mittauspisteissä MP1 ja MP2, vaikka lyöntienergia kaksinkertaistui 8 kj/16 kj. Tähän vaikutti paalun kärjen ja mittauspisteiden välisen etäisyyden kasvu. Mittauspisteessä MP3, etäisyydella 10 metriä paalusta, tärinä oli samaa suuruusluokkaa koko mittauksen ajan. Tärinä lisääntyi jonkin verran kauimmassa mittauspisteessä MP3, kun lyöntienergia ja lyöntivastus kasvoivat.

28 Paalu 253, MP1, r = 2 m 0 heilahdusnopeus [mm/s] 0 5 10 15 20 25 1 2 3 4 5 Syvyys [m] 6 7 8 9 10 11 8 kj 16 kj Lyöntivastus Pitkittäinen Poikittainen Pysty 12 0 10 20 30 40 50 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 8. Tärinänmittaustulokset maassa mittauspisteessä MP1, noin kahden metrin etäisyydellä paalusta Kuvaan on merkitty paalun lyöntienergia ja sen vaihtuminen 9,5 metrin syvyydessä. Paalu 253, MP2, r = 5 m heilahdusnopeus [mm/s] 0 5 10 15 20 25 0 1 2 3 Lyöntivastus Pitkittäinen Poikittainen Pysty 4 5 Syvyys [m] 6 7 8 9 8 kj 10 11 16 kj 12 0 10 20 30 40 50 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 9. Tärinänmittaustulokset maassa mittauspisteessä MP2, noin viiden metrin etäisyydellä paalusta.

29 Paalu 253, MP3, r = 10 m 0 heilahdusnopeus [mm/s] 0 5 10 15 20 25 1 2 3 Lyöntivastus Pitkittäinen Poikittainen Pysty 4 5 Syvyys [m] 6 7 8 9 8 kj 10 11 16 kj 12 0 10 20 30 40 50 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 10. Tärinänmittaustulokset maassa mittauspisteessä MP3, noin kymmenen metrin etäisyydellä paalusta. Kuvassa 11 on esitetty tärinän väheneminen maassa etäisyyden suhteen. Tarkasteluun on otettu kussakin mittauspisteessä ja mittausetäisyydellä suurin mitattu arvo. Lyöntienergia oli lähimmissä pisteissä 8 kj ja kauimmaisessa pisteessä 16 kj, kun tärinästä mitattiin suurimmat heilahdusnopeudet. Kertoimen k arvo lähietäisyydellä 2 metriä päässä paalusta oli noin 0,5. Kauempana k:n arvo oli suurempi, noin 0,70. Kertoimen k arvo 0,7 on ennakkoodotusten mukainen. Kertoimen k arvo pienenee siirryttäessä paalun lähietäisyydeltä kauemmaksi. Samantapainen k arvon vaihtelu havaittiin myös RR paalutuksen yhteydessä. RR- paalutuksen yhteydessä tehdyissä tärinämittauksissa k arvo vaihteli välillä 0,25 0,5.

30 100 Vaimeneminen maassa 10 k = 0,7 k = 0,5 k =1,0 [mm/s] 1 v k max W r 0,1 1,0 10,0 100,0 Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 14. Tärinän väheneminen maassa etäisyyden suhteen logaritmisella asteikolla. 3.2 Rakenteista mitatut tärinän heilahdusnopeudet Kuvissa 15 ja 16 on esitetty tärinänmittaustulokset viereiseen kellariin seinään kiinnitetyissä antureissa, paalun lyöntivastuksen suhteen. Tärinätasot olivat pystysuunnassa selvästi suuremmat kuin vaakasuunnissa. Tärinätasot olivat samaa suuruusluokkaa paalun syvyydestä riiipuumatta. Suurin tärinän arvo oli noin 6,2 mm/s pystysuunnassa noin kuuden metrin etäisyydellä paalusta. Paalun kärki oli tällöin noin 12 metrin metrin syvyydessä tasolla +80. Paalu 253, MP4, r = 5 m, perustus heilahdusnopeus [mm/s] 0 5 10 15 20 25 0 1 2 3 Lyöntivastus Pitkittäinen Poikittainen Pysty 4 5 Syvyys[m] 6 7 8 9 8 kj 10 11 16 kj 12 0 10 20 30 40 50 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 15.Paalun 253 tärinänmittaustulokset kellarin betoniseinässä mittauspisteessä MP4, noin 6 metrin etäisyydellä paalusta.

31 Paalu 253, MP5, r = 10 m, perustus 0 heilahdusnopeus [mm/s] 0 5 10 15 20 25 1 2 3 Lyöntivastus Pitkittäinen Poikittainen Pysty 4 5 Syvyys [m] 6 7 8 9 8 kj 10 11 16 kj 12 0 10 20 30 40 50 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 16.Paalun 253 tärinänmittaustulokset kellarin betoniseinässä mittauspisteessä MP5, noin 10 metrin etäisyydellä paalusta. 3.3 Maasta mitatut tärinän taajuudet Kuvassa 17 on esitetty tyypilliset maasta noin kahden metrin etäisyydellä paalusta, mitatut taajuusalueet. Hallitseva taajuus alue oli pääosin välillä 5 20 Hz. Taajuudet olivat selvästi alhaisempia kuin teräspaalujen lyönnin aikaiset taajuudet.

32 Poikittaissuunta Pystysuunta Pitkittäissuunta Kuva 19. Mittauspisteessä MP2 maasta, noin 5 metrin etäisyydellä paalusta, mitatut tyypilliset taajuudet. Hallitseva taajuusalue on pystysuunnassa noin 5 20 Hz. 3.4 Mitatun tärinätason suuruus verrattuna ohjearvoihin Kuvassa 20 on esitetty mitatut tärinät rakenteissa ja valmisteilla olevan ohjeen luonnoksessa (6.3.2009) olevat tärinän ohjearvot paalutetulle teräsbetonirakennukselle silttimaapohjalla, kun tärinän raja-arvon määrittäjällä on aa-luokan edellyttämä kelpoisuus. Kuvassa on teräsbetonipaalun 300 x 300 mm 2 lisäksi esitetty Franki-menetelmällä asennetun paalun 219 x 4,5 ja RR putkipaalun 170 x 10 asennusaikaiset tärinämittaustulokset. Teräsbetonipaalun lyöntienergia oli 8-16 kj, RR- paalun 8 kj ja Franki- paalun 13 16 kj.

33 Suurimmat mitatut heilahdusnopeudet rakenteissa 100,00 Heilahdusnopeus (mm/s) 10,00 Paalutettu teräsbetoninen rakennus, 10 mm/s Franki RR TB-paalu 1,00 1 10 Etäisyys (m) Kuva 20.Mitatut suurimmat tärinät rakenteissa ja valmisteilla olevan ohjeen luonnoksen (6.3.2009) mukaiset olevat tärinän ohjearvot teräsbetonirakennukselle (F k = 1,2, aa-luokka). Maapohja on silttiä (v o = 7 mm/s). Rakennus on paalutettu ja hyväkuntoinen. Näiden kokonaisvaikutuksesta on ohjeellinen raja-arvo 10 mm/s. Tärinä oli rakenteissa mittausetäisyyksillä alhaisempi kuin ohjeluonnoksen ohjeellinen tärinän raja-arvo 10 mm/s. Osasyynä alhaiseen tärinätasoon oli todennäköisesti se, että kantava lattia oli ilmeisesti irti maapohjasta. Lähialueella, josta ei ole tärinämittaustuloksia, tärinän siirtyminen maasta rakenteisiin on yleensä suhteellisen alhaista (vrt. kuva 21). 3.5 Tärinän siirtyminen maasta rakenteisiin Kuvassa 21 on esitetty tärinän siirtyminen maasta rakenteisiin 5 ja 10 metrin etäisyyksillä paalusta. Tärinän siirtyminen maasta rakennukseen, Kangasala TB-paalu 0,50 Siirtokerroin 0,40 0,30 0,20 0,10 Pystysuunta Vaakasuunta 0,00 0 2 4 6 8 10 12 Etäisyys (m) Kuva 21. Tärinän siirtyminen maasta rakenteisiin.

34 Pystysuunnassa tärinän siirtokerroin oli 5 metrin etäisyydellä paalusta noin 0,45 ja 10 metrin etäisyydellä paalusta noin 0,2.Vastaavat vaakasuuntaiset arvot olivat 0,25 ja 0,4. Tarkastelussa käytettiin suurimpia heilahdusnopeuksia. 4 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET Teräsbetonipaalu 300 x 300 mm 2 lyötiin kitkapaaluksi. Lyöntienergia oli alle 9,5 metrin syvyydessä 8 kj ja syvemmällä 16 kj. Asennussyvyys oli 12 metriä. Tärinätaso pystysuunnassa oli selvästi suurempaa kuin vaakasuunnissa. Suurin tärinän arvo pystysuunnassa noin 2 metrin etäisyydellä oli noin 24 mm/s,kun paalun kärki oli noin 1,5 metrin syvyydessä. Tärinätaso aleni syvyyden kasvaessa lähimmissä mittauspisteissä, vaikka lyöntienergia kaksinkertaistui 8 kj/16 kj. Tähän vaikutti paalun kärjen ja mittauspisteiden välisen etäisyyden kasvu. Tärinän leviämisen arvioinnissa käytettävän kertoimen k arvo lähietäisyydellä 2 metrin päässä paalusta oli noin 0,5.Kauempana k:n arvo oli suurempi, noin 0,70. Kertoimen k arvo 0,7 on ennakko-odotusten mukainen. Kertoimen k arvo pieneni siirryttäessä lähialueelta kauemmaksi. Samantapainen k arvon vaihtelu havaittiin myös RR paalutuksen yhteydessä. RR- paalutuksen yhteydessä tehdyissä tärinämittauksissa k arvo vaihteli välillä 0,25 0,5. Pystysuunnassa tärinän siirtokerroin maasta rakennukseen oli 5 metrin etäisyydellä paalusta noin 0,45 ja 10 metrin etäisyydellä paalusta noin 0,2.Vastaavat vaakasuuntaiset arvot olivat 0,25 ja 0,4. Maasta, noin kahden metrin etäisyydellä paalusta, mitattu hallitseva taajuusalue oli pääosin välillä 5 20 Hz. Taajuudet olivat selvästi alhaisempia kuin teräspaalujen lyönnin aikaiset taajuudet. Tärinä oli rakenteissa mittausetäisyyksillä alhaisempi kuin ohjeluonnoksen ohjeellinen tärinän raja-arvo 10 mm/s. On mahdollista, että lähialueella, josta ei ole tärinämittaustuloksia, tärinä olisi ylittänyt ohjeellisen raja-arvon 10 mm/s. Toisaalta tärinän siirtyminen maasta rakenteisiin oli teräsbetonipaaluilla suhteellisen vähäistä, jolloin varmaa vastausta tähän ei voi saada mittausten perusteella.

35 RAKENTAMISEN AIHEUTTAMAT TÄRINÄT - TUTKIMUSHANKE Kangasala RR- paalutus Tärinämittausraportti Kuva Mira Alakoski

36 SISÄLLYS 1 JOHDANTO...37 2 LYÖNTIPAALUTUS JA TÄRINÄNMITTAUSPISTEET...39 3 TÄRINÄNMITTAUSTULOKSET...40 3.1 Maasta mitatut tärinän heilahdusnopeudet... 40 3.2 Rakenteista mitatut tärinän heilahdusnopeudet... 44 3.3 Maasta mitatut tärinän taajuudet... 47 3.4 Mitatun tärinätason suuruus verrattuna ohjearvoihin... 47 3.5 Tärinän siirtyminen maasta rakenteisiin... 48 4 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET...49

37 1 JOHDANTO Kangasalan kirjaston rakennustyömaalla tehtyjen tärinämittausten tavoitteena oli selvittää rakenteiden vieressä tehtävän lyöntipaalutuksen tärinätaso vieressä olevassa rakennuksessa. Toissijaisesti pyrittiin selvittämään tärinän vähenemistä maassa etäisyyden kasvaessa. Tässä raportissa on kuvattu RR- lyöntipaalutuksen tärinämittausten tulokset. Erillisissä raporteissa on esitetty teräsbetonipaalutuksen ja Franki- menetelmällä lyötyjen teräsputkipaalujen lyönnin yhteydessä tehtyjen tärinämittausten tulokset. Tutkimuspaikka sijaitsee Kangasalan keskustassa (kuva 1). Vanha kirjastorakennus on tehty paalujen varaan (kuva 2). Uudisrakentamisen yhteydessä tehdään paalujen varaan perustettava kirjaston laajennus. Uudisrakennuksessa on kolme maanpäällistä kerrosta, kellarikerros ja maanalainen pysäköintihalli. Mittauskohde Kuva 1. Mittauskohde Kangasalan keskustassa (MML/193/512/2008). Rakennuspaikka on Kangasalan harjun lievealueella, noin 100 metrin etäisyydellä harjusta. Ennen nykyisen rakennuksen rakentamista alueella on ollut osittain täytetty suo. Humuskerrokset ovat ulottuneet syvimmillään noin kuuden metrin syvyyteen noin tasoon +82 +83. Humusmaakerroksen alla on keskitiivistä silttiä, joka muuttuu syvemmällä vähitellen karkeneviksi maalajeiksi. karkeneviksi maalajeiksi. Alueen pohjoisreunalla tiivis kerros on noin tasolla +76 +80 ( Insinööritoimisto Geotesti Kangasalan kirjasto, pohjarakennesuunnitelma työnro 080198) Mittauspaikalla on maanpinnassa noin 1 2 metriä paksu täyttömaakerros, sen alapuolella silttiä noin 6 7 metriä ja siltin alla hiekkaa. Kairaukset ovat päättyneet noin tasolla +75, noin 15 20 metrin syvyydessä (kuva 3).

38 Kuva 2. Keltainen nuoli osoittaa mittauspaikan. RR- paalut asennettiin kuvassa näkyvän olemassa olevan kirjastorakennuksen betoniseinän viereen rakennuksen ulkopuolella RR-paalut 322 ja 324 Kuva 3. Ote pohjatutkimusleikkauksesta (Insinööritoimisto Geotesti Oy, Kangasalan kirjasto 6.8.2008).

39 2 LYÖNTIPAALUTUS JA TÄRINÄNMITTAUSPISTEET Mittausten aikana asennetut paalut olivat teräksisiä RR- putkipaaluja, joiden halkaisija oli 170 mm ja seinämän paksuus 10 mm. Paalut lyötiin paalutuskoneella Junttan HHK-4A, 4 tonnin kiihdytetty järkäle, ja pudotuskorkeus 0,2 m, jolloin lyöntienergia oli 8 kj. Paalut oli suunniteltu kitkapaaluiksi, joten ne lyötiin pohjarakennesuunnittelijan määrittelemään tavoitetasoon. Tärinämittausten kenttätyöt teki Kivi- ja Maa-asia Valtonen Ky 12.1.2009. Tärinästä mitattiin heilahdusnopeudet (mm/s) ja taajuudet (Hz) Instantel MiniMate Plus mittareilla. Mittaukset tehtiin kolmessa toisiaan kohtisuorassa suunnassa kolmikomponenttigeofonilla, pysty-(vert), pitkittäis- (long) ja poikittaissuunnissa (trans). Mittarit kiinnitettiin maahan ja kantaviin betonirakenteisiin (kuvat 6 ja 7). Kuva 6. Tärinän mittauspisteet ja mitatut paalut n:o 322 ja 324.

40 Kuva 7. Mittauspisteet MP1, MP2 ja MP3 maassa ja MP4 ja MP5 kellarin betonirakenteissa. 3 TÄRINÄNMITTAUSTULOKSET 3.1 Maasta mitatut tärinän heilahdusnopeudet Kuvissa 8-13 on esitetty tärinänmittaustulokset maassa paalun lyöntivastuksen suhteen. Kuvia tarkasteltaessa on otettava huomioon, että vaaka-asteikon mittaväli on eri kuvissa, samalla sivullakin, vaihteleva. Tärinätasot sekä pysty- että vaakasuunnissa olivat samaa suuruusluokkaa. Paikoitellen erot olivat kohtuullisen suuret, mutta mitään selvää säännönmukaista eroa ei tuloksissa ollut. Tärinätaso oli paalulla 322 lähes sama, paalun kärjen syvyydestä riippumatta. Suurin tärinän arvo oli noin 32 mm/s pystysuunnassa noin yhden metrin etäisyydellä paalusta. Paalun kärki oli tällöin noin kahdeksan metrin syvyydessä tasolla +83. Paalun 324 tärinämittaustuloksissa on enemmän vaihtelua, vaikka suuruusluokaltaan molempien paalujen lyönnin aiheuttmat tärinätasot ovat smaa tasoa. Suurin tärinän arvo oli noin 26 mm/s poikittaissuunnassa noin yhden metrin etäisyydellä paalusta. Paalun kärki oli tällöin noin kahdeksan metrin syvyydessä tasolla +74.

41 Paalu 322, MP1, r = 1 m heilahdusnopeus [mm/s] 0 10 20 30 40 50 0 Lyöntivastus 2 Pitkittäinen Poikittainen 4 Pysty 6 Syvyys [m] 8 10 12 14 16 18 0 10 20 30 40 50 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 8. Paalun 322, tärinänmittaustulokset maassa mittauspisteessä MP1, noin yhden metrin etäisyydellä paalusta. Paalu 324, MP1, r = 1 m heilahdusnopeus [mm/s] 0 5 10 15 20 25 30 0 2 4 Lyöntivastus Pitkittäinen Poikittainen Pysty 6 Syvyys [m] 8 10 12 14 16 18 0 10 20 30 40 50 60 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 9. Paalun 324, tärinänmittaustulokset maassa mittauspisteessä MP1, noin yhden metrin etäisyydellä paalusta.

42 Paalu 322, MP2, r = 3 m heilahdusnopeus [mm/s] 0 10 20 30 40 50 0 Lyöntivastus 2 Pitkittäinen Poikittainen 4 Pysty 6 Syvyys [m] 8 10 12 14 16 18 0 10 20 30 40 50 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 10. Paalun 322, tärinänmittaustulokset maassa mittauspisteessä MP2, noin kolmen metrin etäisyydellä paalusta. Paalu 324, MP2, r = 2 m heilahdusnopeus [mm/s] 0 5 10 15 20 25 30 0 2 4 Lyöntivastus Pitkittäinen Poikittainen Pysty 6 Syvyys [m] 8 10 12 14 16 18 0 10 20 30 40 50 60 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 11. Paalun 324, tärinänmittaustulokset maassa mittauspisteessä MP2, noin kahden metrin etäisyydellä paalusta.

43 Paalu 322, MP3, r = 7 m heilahdusnopeus [mm/s] 0 10 20 30 40 50 0 Lyöntivastus 2 Pitkittäinen Poikittainen 4 Pysty 6 Syvyys [m] 8 10 12 14 16 18 0 10 20 30 40 50 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 12. Paalun 322, tärinänmittaustulokset maassa mittauspisteessä MP3, noin seitsemän metrin etäisyydellä paalusta. Paalu 324, MP3, r = 6 m heilahdusnopeus [mm/s] 0 5 10 15 20 25 30 0 2 4 Lyöntivastus Pitkittäinen Poikittainen Pysty 6 Syvyys [m] 8 10 12 14 16 18 0 10 20 30 40 50 60 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 13. Paalun 324, tärinänmittaustulokset maassa mittauspisteessä MP3, noin kuuden metrin etäisyydellä paalusta.

44 Kuvassa 14 on esitetty tärinän väheneminen maassa etäisyyden suhteen. Tarkasteluun on otettu kussakin mittauspisteessä ja mittausetäisyydellä suurin mitattu arvo. Kertoimen k arvo etäisyydellä 2...3 metriä oli noin 0,5. Lähellä paalua, yhden metrin etäisyydellä, k:n arvo oli pienempi, noin 0,35. Noin 6 7 metrin etäisyydellä k:n arvo aleni tasolle 0,25. Kertoimen k arvo pienenee siirryttäessä paalun lähietäisyydeltä kauemmaksi. Samantapainen k arvon vaihtelu havaittiin myös teräsbetonipaalutuksen yhteydessä. Teräsbetonipaalutuksen yhteydessä tehdyissä tärinämittauksissa k arvo vaihteli välillä 0,5 0,7. 100 Vaimeneminen maassa [mm/s] 10 k = 0,35 k = 0,25 k = 0,5 1 v k max W r 0,1 1,0 10,0 100,0 Vaakasuora etäisyys [m] Kuva 14. Tärinän väheneminen maassa etäisyyden suhteen logaritmisella asteikolla. 3.2 Rakenteista mitatut tärinän heilahdusnopeudet Kuvissa 15-18 on esitetty tärinänmittaustulokset viereiseen kellariin seinään kiinnitetyissä antureissa, paalun lyöntivastuksen suhteen. Kuvia tarkasteltaessa on otettava huomioon, että vaaka-asteikon mittaväli on eri kuvissa, samalla sivullakin, vaihteleva. Tärinätasot olivat pystysuunnassa selvästi suuremmat kuin vaakasuunnissa. Tärinätasot olivat samaa suuruusluokkaa paalun syvyydestä riiipuumatta. Suurin tärinän arvo oli noin 6,2 mm/s pystysuunnassa noin kahden metrin etäisyydellä paalusta. Paalun kärki oli tällöin noin 12 metrin metrin syvyydessä tasolla +80.

45 Paalu 322, MP4, r = 3 m, perustus heilahdusnopeus [mm/s] 0 10 20 30 40 50 0 Lyöntivastus 2 Pitkittäinen Poikittainen 4 Pysty 6 Syvyys [m] 8 10 12 14 16 18 0 10 20 30 40 50 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 15.Paalun 322 tärinänmittaustulokset kellarin betoniseinässä mittauspisteessä MP4, noin kolmen metrin etäisyydellä paalusta. Paalu 324, MP4, r = 2 m, perustus heilahdusnopeus [mm/s] 0 5 10 15 20 25 30 0 2 4 Lyöntivastus Pitkittäinen Poikittainen Pysty 6 Syvyys [m] 8 10 12 14 16 18 0 10 20 30 40 50 60 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 16.Paalun 324 tärinänmittaustulokset kellarin betoniseinässä mittauspisteessä MP4, noin kahden metrin etäisyydellä paalusta.

46 Paalu 322, MP5, r = 7 m, perustus heilahdusnopeus [mm/s] 0 10 20 30 40 50 0 Lyöntivastus 2 Pitkittäinen Poikittainen 4 Pysty 6 Syvyys [m] 8 10 12 14 16 18 0 10 20 30 40 50 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 17.Paalun 322 tärinänmittaustulokset kellarin betoniseinässä mittauspisteessä MP5, noin seitsemän metrin etäisyydellä paalusta. Paalu 324, MP5, r = 6 m, perustus heilahdusnopeus [mm/s] 0 5 10 15 20 25 30 0 2 4 Lyöntivastus Pitkittäinen Poikittainen Pysty 6 Syvyys [m] 8 10 12 14 16 18 0 10 20 30 40 50 60 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 18.Paalun 324 tärinänmittaustulokset kellarin betoniseinässä mittauspisteessä MP5, noin kuuden metrin etäisyydellä paalusta.

47 3.3 Maasta mitatut tärinän taajuudet Kuvassa 19 on esitetty tyypilliset maasta noin kahden metrin etäisyydellä paalusta, mitatut taajuusalueet. Hallitseva taajuus alue on laajakaistainen ja on pääosin välillä 20 70 Hz. Poikittaissuunta Pystysuuta Pitkittäissuunta Kuva 19. Mittauspisteessä MP2maasta, noin 2 metrin etäisyydellä paalusta, mitatut tyypilliset taajuudet. Hallitseva taajuusalue oli pysty- ja poikittaissuunnissa noin 20 70 Hz ja pituussuunnassa noin 20 100 Hz. 3.4 Mitatun tärinätason suuruus verrattuna ohjearvoihin Kuvassa 14 on esitetty mitatut tärinät rakenteissa ja valmisteilla olevan ohjeen luonnoksessa (6.3.2009) olevat tärinän ohjearvot paalutetulle teräsbetonirakennukselle silttimaapohjalla, kun tärinän raja-arvon määrittäjällä on aa-luokan edellyttämä kelpoisuus. Kuvassa on RR putkipaalun 170 x 10 lisäksi esitetty Franki-menetelmällä asennetun paalun 219 x 4,5 ja teräsbetonipaalun 300 x 300 mm 2 asennusaikaiset tärinämittaustulokset. Teräsbetonipaalun lyöntienergia oli 8-16 kj, RR- paalun 8 kj ja Franki- paalun 13 16 kj.

48 Suurimmat mitatut heilahdusnopeudet rakenteissa 100,00 Heilahdusnopeus (mm/s) 10,00 Paalutettu teräsbetoninen rakennus, 10 mm/s Franki RR TB-paalu 1,00 1 10 Etäisyys (m) Kuva 13.Mitatut suurimmat tärinät rakenteissa ja ohjeluonnoksen (6.3.2009) mukaiset olevat tärinän ohjearvot teräsbetonirakennukselle (F k = 1,2, aaluokka). Maapohja on silttiä (v o = 7 mm/s). Rakennus on paalutettu ja hyväkuntoinen. Näiden kokonaisvaikutuksesta on ohjearvo 10 mm/s. Tärinä oli mittausetäisyyksillä alhaisempi kuin ohjeluonnoksen ohjeellinen tärinän raja-arvo 10 mm/s. Osasyynä alhaiseen tärinätasoon oli todennäköisesti se, että kantava lattia oli ilmeisesti irti maapohjasta. Aivan lähialueella, alle 2 metrin etäisyyksillä, josta ei ole tärinämittaustuloksia, tärinän siirtyminen maasta rakenteisiin on yleensä suhteellisen alhaista. On todennäköistä, että lähialueellakaan tärinä ei rakenteissa ylittänyt ohjeellista raja-arvoa 10 mm/s. 3.5 Tärinän siirtyminen maasta rakenteisiin Kuvassa 14 on esitetty tärinän siirtyminen maasta rakenteisiin 3 ja 7 metrin etäisyyksillä paalusta. Tärinän siirtyminen maasta rakennukseen, Kangasala, RR-paalu 1,00 Siirtokerroin 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Etäisyys (m) Pystysuunta Vaakasuunta Kuva 14. Tärinän siirtyminen maasta rakenteisiin.

49 Sekä pysty- että vaakasuunnassa tärinän siirtokerroin oli 0,8, jolloin rakenteesta mitattu heilahdusnopeuden suurin arvo oli 80 % maassa mitatusta suurimmasta arvosta. Siirtokerroin arvo oli noin kaksinkertainen teräsbetonipaalun vastaavaan arvoon nähden. Osasyynä lienee teräsputkipaalun aiheuttama korkeataajuinen tärinä, joka vaikuttaa heilahdusnopeuden arvoihin. 4 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET RR- teräspaalu 170 x 10 lyötiin kitkapaaluksi. Lyöntienergia oli 8 kj ja asennussyvyys noin 18 metriä. Tärinätaso rakenteisiin kiinnitetyissä mittausantureissa oli mittauksen aikana alhainen. Osasyynä tähän oli se, että kantavien rakenteiden ja maapohjan välillä oli todennäköisesti tärinän kulkua vähentävä rako. Tärinätasot olivat molempien mitattujen paalujen aikana sekä pysty- että vaakasuunnissa samaa suuruusluokkaa. Tärinätaso oli paalulla 322 lähes sama, paalun kärjen syvyydestä riippumatta. Suurin tärinän arvo oli noin 32 mm/s pystysuunnassa noin yhden metrin etäisyydellä paalusta. Paalun kärki oli tällöin noin kahdeksan metrin syvyydessä tasolla +83. Paalun 324 tärinämittaustulosten suurin tärinän arvo oli noin 26 mm/s poikittaissuunnassa noin yhden metrin etäisyydellä paalusta. Paalun kärki oli tällöin noin kahdeksan metrin syvyydessä tasolla +74. Tärinän leviämisen arvioinnissa käytettävän kertoimen k arvo etäisyydellä 2...3 metriä oli noin 0,5. Lähellä paalua, yhden metrin etäisyydellä, k:n arvo oli pienempi, noin 0,35. Noin 6 7 metrin etäisyydellä k:n arvo aleni tasolle 0,25. Teräsbetonipaalutuksen yhteydessä tehdyissä tärinämittauksissa k arvo vaihteli välillä 0,5 0,7. Sekä pysty- että vaakasuunnassa tärinän siirtokerroin maasta rakennukseen oli noin 0,8. Paalun ja geofonien väliset etäisyydet olivat tällöin 3 ja 7 metriä. Maasta noin 2 metrin etäisyydellä paalusta mitattu hallitseva taajuusalue oli pysty- ja poikittaissuunnissa noin 20 70 Hz ja pituussuunnassa noin 20 100 Hz RR-paalujen lyönnin aikana mitattu tärinätaso rakenteissa oli alhaisempi kuin ohjeluonnoksen ohjeellinen tärinän raja-arvo 10 mm/s. Paalun lähietäisyydellä, alle 2 metriä, ei rakennuksesta kuitenkaan tehty mittauksia.

50 RAKENTAMISEN AIHEUTTAMAT TÄRINÄT -TUTKIMUSHANKE Kangasalan kirjasto Paalutus Franki- menetelmällä Tärinämittausraportti

51 SISÄLLYS 1 JOHDANTO...52 2 LYÖNTIPAALUTUS JA TÄRINÄNMITTAUSPISTEET...54 3 TÄRINÄNMITTAUSTULOKSET...57 3.1 Rakenteista mitatut tärinän heilahdusnopeudet... 57 3.2 Rakenteista mitatut tärinän taajuudet... 60 3.3 Mitatun tärinätason suuruus verrattuna ohjearvoihin... 61 4 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET...62

52 1 JOHDANTO Kangasalan kirjaston rakennustyömaalla tehtyjen tärinämittausten tavoitteena oli selvittää rakenteiden vieressä tehtävän lyöntipaalutuksen tärinätaso vieressä olevassa rakennuksessa. Toissijaisesti pyrittiin selvittämään tärinän vähenemistä maassa etäisyyden kasvaessa. Rakennuksen paaluina oli ohutläpimittaisia teräspaaluja ja teräsbetonipaaluja. Osa teräspaaluista lyötiin Franki-menetelmällä ja osa tavanomaisella pudotusjärkäleellä. Tässä raportissa on kuvattu Franki-menetelmällä tehdyn lyöntipaalutuksen tärinämittausten tulokset. Erillisissä raporteissa on esitetty teräsbetonipaalutuksen ja pudotusjärkäleellä lyötyjen RR-teräsputkipaalujen lyönnin yhteydessä tehtyjen tärinämittausten tulokset. Tutkimuspaikka sijaitsee Kangasalan keskustassa (kuva 1). Vanha kirjastorakennus on tehty paalujen varaan (kuva 2). Uudisrakentamisen yhteydessä tehdään paalujen varaan perustettava kirjaston laajennus. Uudisrakennuksessa on kolme maanpäällistä kerrosta, kellarikerros ja maanalainen pysäköintihalli. Mittauskohde Kuva 1. Mittauskohde Kangasalan keskustassa (MML/193/512/2008). Rakennuspaikka on Kangasalan harjun lievealueella, noin 100 metrin etäisyydellä harjusta. Ennen nykyisen rakennuksen rakentamista alueella on ollut osittain täytetty suo. Humuskerrokset ovat ulottuneet syvimmillään noin kuuden metrin syvyyteen noin tasoon +82 +83. Humusmaakerroksen alla on keskitiivistä silttiä, joka muuttuu syvemmällä vähitellen karkeneviksi maalajeiksi. Alueen pohjoisreunalla tiivis kerros on noin tasolla +76 +80 ( Insinööritoimisto Geotesti Kangasalan kirjasto, pohjarakennesuunnitelma työnro 080198)

53 Mittauspaikalla oli maanpinnassa noin 1 2 metriä paksu täyttömaakerros, sen alapuolella silttiä noin 6 7 metriä ja siltin alla hiekkaa. Kairaukset ovat päättyneet noin tasolla +75, noin 15 20 metrin syvyydessä (kuva 3). Kuva 2. Keltainen nuoli osoittaa mittauspaikan, joka oli olemassa olevan kirjastorakennuksen kellarissa.

54 Tärinätaso suurimmillaan Paalu 341 Kuva 3. Ote pohjatutkimusleikkauksesta (Insinööritoimisto Geotesti Oy, Kangasalan kirjasto 6.8.2008). 2 LYÖNTIPAALUTUS JA TÄRINÄNMITTAUSPISTEET Paalut olivat teräksisiä putkipaaluja, joiden halkaisija oli 219 mm ja seinämän paksuus 4,5 mm. Paaluissa oli vahvistettu maakärki. Paalut lyötiin Franki- menetelmällä, paalutuskoneella Vermeer HL1200S (kuvat 4 ja 5). Paalut oli suunniteltu kitkapaaluiksi, joten ne lyötiin pohjarakennesuunnittelijan määrittelemään tavoitetasoon. Menetelmässä paalua lyödään sisäpuolisella vaijeritoimisella pudotusjärkäleellä. Paalua 341 lyötäessä pudotuskorkeudet ja järkäleen painot olivat: 0...6 metrin syvyydellä 1,6 m ja 400 kg (6,4 kj), 6 14 metrin syvyydellä 1,6 m ja 800 kg (12,8 kj) ja 14-18 metrin syvyydellä noin 2 m ja 800 kg (16 kj). Loppulyöntivaiheessa pudotuskorkeus oli 3,0 metriä (24 kj). Viiden viimeisen loppulyöntisarjan painumat olivat välillä 43 45 mm kymmentä iskua kohti.

55 Lyöntienergia oli samaa suuruusluokkaa kuin yleensä teräsbetonipaaluja lyötäessä. Paalujatkokset hitsattiin. Lyönnin jälkeen paalut raudoitettiin ja betonoitiin. Kuva 4. Pieniläpimittaisen teräspaalun lyönti Franki- menetelmällä (www.veermeermt.nl). Kuva 5. Teräksiset putkipaalut ja niiden maakärjet. Tärinämittausten kenttätyöt teki Kivi- ja Maa-asia Valtonen Ky 9.12.2008. Tärinästä mitattiin heilahdusnopeudet (mm/s) ja taajuudet (Hz) Instantel MiniMate Plus mittareilla. Mittaukset tehtiin kolmessa toisiaan kohtisuorassa suunnassa kolmikomponenttigeofonilla, pysty- (vert), pitkittäis- (long) ja poikittaissuunnissa (trans). Mittarit kiinnitettiin kantaviin betonirakenteisiin (kuvat 6 ja 7).

56 Kuva 6. Tärinän mittauspisteet ja paalu n:o 341. Kuva 7. Mittauspisteet kellarin betonirakenteissa. Mittauspiste MP5 oli kiinnitetty teräsbetonipilariin, muut mittarit oli kiinnitetty kantavaan lattiaan.

57 3 TÄRINÄNMITTAUSTULOKSET 3.1 Rakenteista mitatut tärinän heilahdusnopeudet Kuvissa 8, 9, 10,11 ja 12 on esitetty tärinänmittaustulokset paalun lyöntivastuksen suhteen. Mittarit oli kiinnitetty kantaviin betonirakenteisiin. Erityisesti lähellä olevissa mittauspisteissä pystysuuntainen tärinä oli selvästi vaakasuuntaista tärinää suurempaa. Kauempana erot tasoittuvat. Suurin pystysuuntaisen tärinän arvo 2,5 mm/s oli mittauspisteessä MP1, kun paalunkärki oli noin 8 10 metrin syvyydessä, noin tasolla +84 +82. Vaikka paalun lyöntivastus ja lyöntienenergia kasvoivat syvemmällä, tärinätaso aleni. Tähän oli ainakin osasyynä etäisyyden kasvaminen paalun kärjen ja tärinämittareiden välillä. Paalun lopullisessa syvyydessä 18 metriä, noin tasolla + 74, pystysuuntaisen tärinän arvo oli lähimmässä pisteessä MP1 noin kahden meterin etäisyydellä paalusta 1,5 mm/s ja kauimmassa pisteessä MP5 noin seitsemän metrin etäisyydellä noin 1,0 mm/s. Paalu 341, MP1, r = 2 m heilahdusnopeus [mm/s] 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0 Lyöntivastus 2 Pitkittäinen Poikittainen 4 Pysty 6 Syvyys [m] 8 10 12 14 16 18 0 50 100 150 200 250 300 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 8. Tärinänmittaustulokset kellarin kantavassa lattiassa mittauspisteessä MP1, noin kahden metrin etäisyydellä paalusta.

58 Paalu 341, MP2, r = 4 m heilahdusnopeus [mm/s] 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0 Lyöntivastus 2 Pitkittäinen Poikittainen 4 Pysty 6 Syvyys [m] 8 10 12 14 16 18 0 50 100 150 200 250 300 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 9. Tärinänmittaustulokset kellarin kantavassa lattiassa mittauspisteessä MP2, noin neljän metrin etäisyydellä paalusta. Paalu 341, MP3, r = 6 m heilahdusnopeus [mm/s] 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0 Lyöntivastus 2 Pitkittäinen Poikittainen 4 Pysty 6 Syvyys [m] 8 10 12 14 16 18 0 50 100 150 200 250 300 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 10. Tärinänmittaustulokset kellarin kantavassa lattiassa mittauspisteessä MP3, noin kuuden metrin etäisyydellä paalusta.

59 Paalu 341, MP4, r = 7 m heilahdusnopeus [mm/s] 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0 Lyöntivastus 2 Pitkittäinen Poikittainen 4 Pysty 6 Syvyys[m] 8 10 12 14 16 18 0 50 100 150 200 250 300 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 11. Tärinänmittaustulokset kellarin kantavassa lattiassa mittauspisteessä MP4, noin seitsemän metrin etäisyydellä paalusta. Paalu 341, MP5, r = 7 m (pilari) heilahdusnopeus [mm/s] 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0 Lyöntivastus 2 Pitkittäinen Poikittainen 4 Pysty 6 Syvyys [m] 8 10 12 14 16 18 0 50 100 150 200 250 300 Lyöntivastus [lnt/1,0m] Kuva 12. Tärinänmittaustulokset kellarin betonipilarissa mittauspisteessä MP5, noin seitsemän metrin etäisyydellä paalusta.

60 3.2 Rakenteista mitatut tärinän taajuudet Kuvassa 13 on esitetty tyypilliset rakenteesta, noin 4 metrin etäisyydellä paalusta, mitatut taajuusalueet. Hallitseva taajuus oli pystysuunnassa noin 3 40 Hz. Muissa suunnissa tärinä oli samankaltaista, mutta myös taajuusalueilla 40 60 Hz oli havaittavissa tärinää. Suhteellisen korkeat taajuudet kuvastavat rakenteen, erityisesti lattian, ominaistaajuuksia. Pystysuunta Pitkittäissuunta Poikittaissuunta Kuva 13. Mittauspisteessä MP2 rakenteesta, noin 4 metrin etäisyydellä paalusta, mitatut tyypilliset taajuudet, kun paalun kärki on pintakerroksessa. Hallitseva taajuusalue on molemmissa suunnissa noin 10 40 Hz.

61 3.3 Mitatun tärinätason suuruus verrattuna ohjearvoihin Kuvassa 14 on esitetty mitatut tärinät rakenteissa ja valmisteilla olevan ohjeen luonnoksessa (6.3.2009) olevat tärinän ohjearvot paalutetulle teräsbetonirakennukselle silttimaapohjalla, kun tärinän raja-arvon määrittäjällä on aa-luokan edellyttämä kelpoisuus. Kuvassa on Franki-menetelmällä asennetun paalun lisäksi esitetty RR-putkipaalun 170 x 10 ja teräsbetonipaalun 300 x 300 mm 2 asennusaikaiset tärinämittaustulokset. Paalut olivat kitkapaaluja, jotka lyötiin määräsyvyyteen. Teräsbetonipaalun lyöntienergia oli 8-16 kj, RR- paalun 8 kj ja Franki- paalun 13 16 kj. Suurimmat mitatut heilahdusnopeudet rakenteissa 100,00 Heilahdusnopeus (mm/s) 10,00 Paalutettu teräsbetoninen rakennus, 10 mm/s Franki RR TB-paalu 1,00 1 10 Etäisyys (m) Kuva 13.Mitatut suurimmat tärinät rakenteissa ja valmisteilla olevan ohjeen luonnoksen (6.3.2009) mukaiset olevat tärinän ohjearvot teräsbetonirakennukselle (F k = 1,2, aa-luokka). Maapohja on silttiä (v o = 7 mm/s). Rakennus on paalutettu ja hyväkuntoinen. Näiden kokonaisvaikutuksesta on ohjearvo 10 mm/s. Franki- menetlmällä asennettujen paalujen lyönnin aiheuttama tärinä oli mittauksissa selvästi alhaisempi kuin ohjeluonnoksen ohjeellinen tärinän raja-arvo 10 mm/s. Osasyynä alhaiseen tärinätasoon oli todennäköisesti se, että kantava lattia, johon tärinäanturit oli kiinnitetty, oli ilmeisesti irti maapohjasta.