TÄRYTTÄMÄLLÄ ASENNETTUJEN TERÄSPUTKIPAALUJEN KANTAVUUDEN MÄÄRITTÄMINEN - DIPLOMITYÖ
ESITYKSEN SISÄLTÖ Tutkimuksen tausta, tavoitteet ja tutkimusmenetelmät Paalujen asentaminen täryttämällä Maan vastus paalujen täryttämiselle Kenttäkokeet: Turku ja Kälviä Kokeiden tulosten analysointi Yhteenveto 2
TUTKIMUKSEN TAUSTA 1/2 Työtelineiden paaluperustuksia on asennettu paaluja täryttämällä kaivinkoneeseen kiinnitetyn täryttävän putkeniskijän avulla Menetelmä vaatii loppulyönnit tai PDA-mittauksella määritetyn kantavuuden ollakseen hyväksytty tukipaalu Täryttämällä asennettujen paalujen tunkeutuvuudesta ja kantavuudesta ei saada luotettavaa tietoa, vaikka pohjaolosuhteet ja paalutyyppi tiedettäisiinkin 3
TUTKIMUKSEN TAUSTA 2/2 Päämotiivina taloudellinen hyöty urakoitsijalle Putkeniskijä toimii kaivinkoneessa ja voidaan irrottaa paalutustyön päätyttyä Ei tarvita erillistä lyöntipaalutuskonetta, joka on raskaampi ja vaatii enemmän tilaa Mahdollisesti asennustapana nopeampi ja ketterämpi verrattuna aikaisemmin käytettyyn lyöntipaalutuskoneeseen Etuna myös pienempi tärinä ympäröiviin rakenteisiin 4
TUTKIMUKSEN TAVOITTEET Selvittää: Saadaanko paalulle riittävä kantavuus käytössä olevalla tärytyskalustolla? Millaisilla menetelmillä täryttämällä asennetun paalun kantavuutta tulee mitata tai ennakoida, jotta tieto on luotettava ja sitä voidaan hyödyntää luontevasti työmaalla? Millaisessa maaperässä paalujen asennus täryttämällä onnistuu luotettavimmin? 5
TUTKIMUSMENETELMÄT Ongelmaa lähestyttiin ensin perehtymällä maailmalla tehtyihin samankaltaisiin tutkimuksiin: Millaisella kalustolla paaluja on tärytetty ja minkä suuruisia kantavuuksia on saatu? Selvitettiin mitä ja millä tavalla ilmiön muuttujia on mitattu Millä tavalla tärytettävä paalu käyttäytyy tietynlaisessa maaperässä? Kirjallisuustutkimuksen pohjalta tehtiin kaksi kenttäkoetta 6
TÄRYTTIMEN TOIMINTAPERIAATE 1/2 Toimintaperiaate on sama kuin täryttävällä pontiniskijällä: Kuvan lähde: Viking, 2002. Vibro-driveability Laitteen täryttävän osan sisällä epäkeskopainot pyörivät samassa tasossa samalla nopeudella ja samassa vaiheessa, mutta eri suuntiin, jolloin vaakasuuntaiset voiman komponentit kumoavat toisensa 7
TÄRYTTIMEN TOIMINTAPERIAATE 2/2 Asennusvoima, joka paaluun kohdistuu koostuu kaivinkoneen puomin painamasta staattisesta voimasta ja dynaamisesta epäkeskovoimasta Usein tärytyskaluston teknisissä tiedoissa mainitaan suurin epäkeskovoima, jonka laite pystyy muodostamaan 8
PAALUN ASENTAMINEN TÄRYTTÄMÄLLÄ 1/2 Tärytettäessä paalu ja tärytin ovat kiinteästi toisissaan kiinni, toisin kuin lyöntipaalutuksessa Paalun jatkuva pystysuora värähtely saa vaippavastuksen pienentymään merkittävästi, maan suuri kärkivastus voi olla merkittävä hidastava tekijä Paalu painuu syvemmälle kaivinkoneen puomin painamana 9
PAALUN ASENTAMINEN TÄRYTTÄMÄLLÄ 2/2 Maan vastus paalun täryttämiselle muodostuu eri tavalla kitka- ja koheesiomaissa Yksinkertaistettuna: Kitkamaassa kärkivastus on suuri ja vaippavastus pienenee merkittävästi Koheesiomaassa kärkivastus yleensä pieni ja vaippavastus pienenee vain vähän Tärytysparametreilla, kuten taajuudella ja amplitudilla on merkitystä maan käyttäytymiseen ja siten maan vastukseen, yksinkertaistettuna: Kitkamaassa taajuuden nostamisesta on hyötyä Koheesiomaassa sujuva asennus vaatii suuremman amplitudin ( 10 mm) 10
TÄRYTETYN PAALUN KANTAVUUS 1/2 Täryttämällä asennetun paalun lopullisesta kantavuudesta ei ole usein varmuutta Tunkeutuminen hidastuu loppusyvyyden lähestyessä, mutta varmuutta riittävästä kantavuudesta ei saada, sillä ei voida olla varmoja riittääkö täryttimen teho paalun asentamiseen riittävän tiukkaan 11
TÄRYTETYN PAALUN KANTAVUUS 2/2 PDA-mittauksella saadaan varmuus, mutta väliaikaisissa työtelinerakenteissa ei taloudellisesti perusteltua Paalun painumisnopeus tärytyksen loppuvaiheessa vrt. loppulyöntien aikaansaama painuma lyöntipaalutuksessa 12
KOEPAALUTUKSET Tarkoituksena selvittää: 1. Tarkoituksena selvittää tärytyksen loppuvaiheen tunkeutumisnopeuden ja loppukantavuuden välistä yhteyttä 2. Eri tärytysparametrien vaikutusta loppukantavuuteen 13
KOEPAALUTUKSET Käytettävä mittauslaitteisto Venymäliuskat voima ja taajuus Videokamera tunkeutumisnopeus Vaaituskoje kokonaispainuma Mikrofoni äänen taajuus PDA-mittaus ja lyöntipaalutuskone kantavuus 14
KOEPAALUTUKSET Koejärjestelyissä käytettävä putkeniskijä, kaivinkone ja paalut Movax SP-60W, putkileuoilla varustettu Suurin taajuus, f d = 3000 rpm = 50 Hz Suurin epäkeskovoima F e = 600 kn Kaivinkone Liebherr 25-t RR 323,9 x 5,0 6 kpl 4 m pitkiä instrumentoituja pätkiä Urakoitsijana: Maanrakennusliike Arno Ruusunlehti Oy 15
VENYMÄLIUSKA Neljä kpl KYOWA KFW- 5-120-C1 siltaan Liimattiin paaluun pinnan vastakkaisille sivuille, taivutuksen vaikutuksen eliminoimiseksi 16
VIDEOKAMERA JA MITTAVIIVAIN Teräksinen viivain asennettiin paalun kylkeen Videokamera kohdistettiin viivaimeen lopputärytyksen aikana 17
KOEKOHTEET, TURKU Kirjastosilta, Turku Pohjasuhteet ylhäältä alaspäin: Täyttökerros 2 2,5 m Löyhä savikerros 6...18 m Moreeni n. 1 m kallion päällä 18
KOEKOHTEET, KÄLVIÄ Kälviänjoen ratasilta, Kälviä Pohjasuhteet ylhäältä alaspäin: Täyttökerros 0,5 1 m Keskitiivis hiekkainen silttikerros 2 5 m Tiivis lohkareinen moreeni 1 2 m kallion päällä 19
KOKEIDEN SUORITUS 1. Paalut tärytettiin putkileuoilla paalun ympäriltä kiinni pitäen ja jatkettiin tarvittaessa hitsaamalla 2. Paalun tunkeutumisen pysähdyttyä päähän hitsattiin instrumentoidut paaluelementit 3. Paalu tärytettiin yläpäästä tunkeutumisen pysähtymiseen asti, asennus kuvattiin videokameralla 4. Mitattiin kantavuus PDAmittauksella 20
TULOSTEN ANALYSOINTI - KANTAVUUS Kälviä Lyöntipaalut, Kälviä Turku Lyöntipaalut, Turku Paalu nro PDA RMX kn 5.1 950 1.1 970 6.1 890 5.2 620 1.2 840 6.2 1000 LP 1 860 LP 2 750 LP 3 1200 2.1 1007 2.2 840 2.3 730 2.4 1000 LP 1 1100 LP 2 910 21
TULOSTEN ANALYSOINTI KANTAVUUS VS. TUNKEUTUMISNOPEUS Punainen = Turku (paksu savikerros) Sininen = Kälviä (silttinen hiekka) 22
TULOSTEN ANALYSOINTI JA VERTAILU - ASENNUSNOPEUS 23
TULOSTEN ANALYSOINTI JA VERTAILU - ASENNUSVOIMA 24
TULOSTEN ANALYSOINTI - TAAJUUS Kohde Paalu nro PDA RMX Taajuus viimeisellä 10 sek. Kälviä Turku kn hz 5.1 950 47 1.1 970 48 6.1 890 48 5.2 620 45 1.2 840 46 6.2 1000 46 2.1 1007 42 2.2 840 41 2.3 730 15 2.4 1000 24 25
YHTEENVETO Täryttämällä saadaan pieniläpimittaisille paaluille telinekäyttöön riittäviä kantavuuksia Kantavuuden mittarina lopputärytyksen aikainen painuma (vrt. loppulyönnit), vaatii lisää aineistoa ollakseen luotettava Paalujen asentaminen merkittävästi nopeampaa kitkamaassa, koheesiomaassa ei merkittävää eroa Putkileuoilla puristaminen ei sovellu ohutseinämisille paaluille Asennusvoiman ja loppukantavuuden välillä heikko riippuvuus Selkeää yhteyttä taajuuden ja loppukantavuuden välille ei löydetty 26
MAHDOLLINEN JATKOTUTKIMUS Koepaalutuksen toistaminen erilaisissa pohjaolosuhteissa toisi laajempaa kokemusta täryttämisen sopivuudesta paalujen asentamiseen Koepaalutuksia olisi hyödyllistä myös tehdä merkittävästi pidemmillä paaluilla Tärytystaajuuden, amplitudin ja paaluun kohdistetun tehon vaikutuksen paalun tunkeutumiseen ja kantavuuteen selvittämiseksi, olisi hyödyllistä kiinnittää paaluun myös kiihtyvyysanturit 27