RIL263-2014 Kaivanto-ohjeen koulutustilaisuus 5.2.2015, Helsinki Luiskatun kaivannon suunnittelu Tommi Hakanen
Esityksen sisältö 1. Miksi ohjeita tarvitaan? 2. Yleistä 3. Laskentamenetelmät 4. Eurokoodin mukainen mitoitus 5. Nosteen aiheuttaman kaivannon pohjan murtuminen 6. Putkikaivantojen erityispiirteet 2 5.2.2015
Miksi Kaivanto-ohjetta tarvitaan? 1.6.2009 Kuvat: Tommi Hakanen 3 5.2.2015
Yleistä Luiskien kaltevuus määräytyy vakavuuslaskelmien perusteella. Kaivannon vakavuuteen vaikuttavia tekijöitä ovat esimerkiksi: Kaivannon läheisyydessä vaikuttavat ulkoiset kuormitukset Pohjaveden korkeusvaihtelut Pohjaveden suotovirtaus Huokospaineen nousu esimerkiksi paalutustöiden johdosta Maapohjan häiriintyminen esimerkiksi tärinän vaikutuksesta 4 5.2.2015
Yleistä Valtioneuvoston asetus rakennustyön turvallisuudesta VNa 205/2009 34: Kaivutyö on tehtävä turvallisesti ottaen huomioon maan geotekniset ominaisuudet, kaivannon syvyys, luiskan kaltevuus ja kuormitus sekä vedestä ja liikenteen tärinästä aiheutuvat vaaratekijät. Jos sortuma saattaa aiheuttaa tapaturman, kaivannon seinämä on tuettava. Luotettavan selvityksen perusteella voidaan kaivannon työturvallisuus toteuttaa luiskaamalla tai porrastamalla kaivanto. Erityisiin toimenpiteisiin sortumisen aiheuttaman tapaturman vaaran välttämiseksi on tarvittaessa ryhdyttävä sateen, kuivumisen tai roudan sulamisen johdosta. Samoin on toimittava, jos kaivetaan eloperäisiä tai hienorakeisia maalajeja tai kahta metriä syvempää, kapeaa kaivantoa tai kun kaivannon yhteydessä tai läheisyydessä suoritetaan tärinää aiheuttavaa työtä taikka kun kaivantoon vaikuttaa raskas ajoliikenne. Tehtäessä kaivutyötä rakennuksen tai muun rakennelman alla tai vieressä on ryhdyttävä ennalta riittäviin tukitoimenpiteisiin sortumisen estämiseksi. 5 5.2.2015
Yleistä Tiettävästi missään ei ole aiemmin otettu kantaa mitä luotettavalla selvityksellä tarkoitetaan? Kaivanto-ohjeessa tähän on esitetty selkeä kanta: Luotettavana selvityksenä voidaan pitää suunnittelutehtävän edellyttämän kelpoisuuden omaavan suunnittelijan laatimaa suunnitelmaa, joka perustuu kohteen vaativuuden mukaisiin pohjatutkimuksiin, ympäristöselvityksiin ja mitoituslaskelmiin. 6 5.2.2015
Putkikaivannon luiskakaltevuudet Kapeissa kaivannoissa on kiinnitettävä erityistä huomiota työturvallisuuteen, koska poikkileikkaukseltaan kapeassa kaivannossa työskentelevillä henkilöillä on suuri riski jäädä sortuvan kaivannon seinämän alle. Lähtökohta on, että kaikki kaivannot suunnitellaan tapauskohtaisesti. Luiskan kaltevuus ei milloinkaan jyrkempi kuin 2:1 Maaperäolosuhteet on aina selvitettävä => pohjatutkimukset!!! 7 5.2.2015
Laskentamenetelmät Hienorakeisessa tai eloperäisessä maassa luiskatun kaivannon vakavuutta on tarkasteltava kahdessa mitoitustilanteessa: Lyhytaikainen vakavuus Pitkäaikainen vakavuus Lyhytaikaisella vakavuudella tarkoitetaan tilannetta rakennustöiden aikana tai välittömästi niiden jälkeen ennen kuin maan huokosvedenpaine on kaivun seurauksena alkanut muuttua Hienorakeisilla maalajeilla lyhyen ajan vakavuus = 0 menetelmällä. Menetelmä ei sovi pitkän ajan vakavuuden tarkasteluun. Pitkän ajan vakavuus c- menetelmällä => kolmiaksiaalikokeet 8 5.2.2015
Laskentamenetelmät Kerroksellisessa maassa, jossa suljettu leikkauslujuus vaihtelee, on kiinnitettävä erityistä huomiota heikkoihin kerroksiin. Tämä voi vaatia ei-ympyränmuotoisten liukupintojen käyttöä, koska ympyränmuotoiset liukupinnat voivat yliarvioida todellista varmuutta. Laskentamenetelmistä suositellaan seuraavia: Yksinkertaiset (simplified methods) Bishop Janbu Tarkemmat menetelmät (rigorous methods): Morgernstern-Price GLE Janbun yleinen lamellimenetelmä 9 5.2.2015
Eurokoodin mukainen mitoitus, vakavuus Murtorajatilamitoitus Osavarmuusluvut kohdistetaan kuormiin ja maan lujuusparametreihin. Vakavuuslaskennan tuloksena tulee osoittaa, että: E d R d, missä E d on kuormien vaikutusten mitoitusarvo ja R d kestävyyden mitoitusarvo Lamellimenetelmällä laskettaessa näitä ei lasketa erikseen, vaan tuloksena saadaan niiden suhde R d /E d, joka tässä tapauksessa on ns. ylimitoituskerroin ODF (Over Design Factory). Vaatimuksena on ODF 1,0 HUOM! Laskenta on suositeltava tehdä myös ominaisarvoilla, jotta saadaan käsitys kokonaisvakavuudesta. Toinen merkittävä seikka on murtopinnan sijainnin selvittäminen laskettaessa ominaisarvoilla, koska osavarmuuslukujen käyttö saattaa muuttaa merkittävästi vaarallisimman murtopinnan paikkaa. 10 5.2.2015
Eurokoodin mukainen mitoitus, vakavuus Eurokoodin mukainen mitoitus tehdään mitoitustavalla DA3 osavarmuuslukujen yhdistelmällä A2 + M2 + R3 A2 on kuormien osavarmuusluvut M2 on maaparametrien osavarmuusluvut R3 on kestävyyden osavarmuusluku Pysyvien epäedullisten kuormien osavarmuuslukuna käytetään arvo 1,0K FI Pysyvien edullisten kuormien osavarmuuslukuna käytetään arvoa 1,0 Muuttuvien kuormien osavarmuuslukuna käytetään arvoa 1,3K FI HUOM! Muuttuvaa kuormaa ei saa ottaa huomioon, jos se sijaitsee vakauttavalla puolella 11 5.2.2015
Eurokoodin mukainen mitoitus, vakavuus Maan kestävyyden osavarmuuslukuna käytetään arvoa 1,0. Kuormakerroin määräytyy luotettavuusluokan perusteella. RC3 K FI = 1,1 RC2 K FI = 1,0 RC1 K FI = 1,0 Normaalisti K FI =0,9 => ei käytetä kaivantojen suunnittelussa Maaparametrien osavarmuusluvut: 12 5.2.2015
Eurokoodin mukainen mitoitus, vakavuus Käyttörajatilamitoitus Käyttörajatilamitoituksella tulee osoittaa, että maapohjan muodonmuutokset pysyvät ympäristön rakenteiden ja infrarakenteiden sallimissa rajoissa. Maapohjan muodonmuutosten laskenta on yleensä melko työlästä ja epätarkkaa käytettävissä olevilla laskentamenetelmillä. Käyttörajatilojen esiintyminen voidaan välttää rajoittamalla mobilisoituvaa maan leikkauslujuutta. Mobilisoituvaa maan leikkauslujuutta rajoitetaan tekemällä stabiliteettitarkastelu korotetuilla maan osavarmuusluvuilla. Murtorajatilatarkastelun jälkeen tehdään toinen stabiliteettilaskenta, jossa kuormat otetaan laskentaan niiden ominaisarvoilla ja maan osavarmuusluvut taulukosta 7.3. Taulukon osavarmuusluvut vastaavat käytännössä käyttörajatilassa vaadittavaa kokonaisvarmuutta OFS (Overall Factor of Safety). 13 5.2.2015
Eurokoodin mukainen mitoitus, vakavuus Käyttörajatilamitoitus Rakennusaikaisilla tilanteilla voidaan seuraamusluokissa CC2 ja CC3 käyttää yhtä seuraamusluokkaa alempia arvoja, mikäli liukupinnan vaikutusalueella ei ole siirtymälle herkkiä rakenteita. 14 5.2.2015
Eurokoodin mukainen mitoitus, nosteen aiheuttama kaivannon pohjan murtuminen Nosteen aiheuttaman murtumisen vaara tarkastetaan kokonaistilavuuspainojen perusteella laskettujen voimien ja kestävyyksien perusteella. Murtumisen vaara tarkastetaan rajatilassa UPL. Tarkastus perustuu epäyhtälöön: G dst;d + Q dst;d G stb;d + R d Pysyvän epäedullisen kuorman G;dst osavarmuuslukuna käytetään 1,1K FI Esim. savikerroksen alapintaan vaikuttava vedenpaine Pysyvän edullisen kuorman G;stb osavarmuuslukuna käytetään 0,9 Esim. savikerroksen paino Muuttuvan epäedullisen kuorman Q;dst osavarmuuslukuna käytetään 1,5K FI Kuormakerroin määräytyy luotettavuusluokan perusteella. 15 5.2.2015
Eurokoodin mukainen mitoitus, nosteen aiheuttama kaivannon pohjan murtuminen 16 5.2.2015
Putkikaivannon luiskakaltevuudet 17 5.2.2015
Putkikaivannon luiskakaltevuudet Tekniikka & Talous 16.5.2014 Taulukkoarvojen haasteita: Mikä on pehmeä savi??? Kuormitukset Kaivumaat Liikennekuorma Olemassa olevat rakenteet Pohjavesiolosuhteet Tärinät KAIVANNOT SUUNNITELTAVA TAPAUSKOHTAISESTI 18 5.2.2015
Putkikaivannon luiskakaltevuudet Laskentaesimerkki saven suljetun leikkauslujuuden vaikutuksesta Saven suljettu leikkauslujuus 10 kpa Kaivannon reunalla 20 tn työkone Kaivannon syvyys 2 metriä Saven suljettu leikkauslujuus 20 kpa Kaivannon reunalla 20 tn työkone Kaivannon syvyys 2 metriä LUISKA 1:3 LUISKA 2:1 LOPPUTULOS ON HYVIN ERILAINEN!!! 19 5.2.2015
Kiitos! Tommi Hakanen Suunnittelupäällikkö Lemminkäinen Infra Oy Puh. 040 526 8078 tommi.hakanen@lemminkainen.com www.lemminkainen.fi