teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet · 9.2 tärinä ja melu 57 10 kirjallisuutta 58 11...

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet

Suunnitteluvaiheen ohjaus

Tiehallinto

<Helsinki'2001>

ISBN 951-726-743-6TIEH 2100002-01

Oy Edita Ab

Julkaisua myy/saatavana:Tiehallinto, julkaisumyyntiTelefaksi 0204 22 2652S-posti [email protected]/julk2.htm

TiehallintoTie- ja liikennetekniikkaOpastinsilta 12 APL 3300521 HELSINKIPuhelinvaihde 0204 22 150

MUU OHJAUS

1.6.2001 2140/1999/20/8

Tiepiirit

SÄÄDÖSPERUSTA KORVAATiegeotekniikan yleiset mitoitusperusteet (TIEL 3200150)

KOHDISTUVUUS VOIMASSATiehallinto 1.6.2001 - Toistaiseksi

ASIASANATPohjarakennus, perustukset

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet, TIEH 2100002-01

Ohje käsittelee teiden pohjarakenteiden ja pohjavahvistusten suunnittelu-perusteet. Ohjeen tapaan käytetty ja Tielaitoksen selvityksiä –sarjassa jul-kaistu informaatiojulkaisu Tiegeotekniikan yleiset mitoitusperusteet, TIEL3200150 poistetaan käytöstä.

Ohjeeseen on kirjoitettu laajahko liiteosa, jonka tarkoituksena on antaataustatietoa ja hyväksi havaittuja menettelytapaohjeita varsinaisen ohje-tekstin lisäksi.

Ohjetta myy Tiehallinnon julkaisumyynti, email: [email protected] on myös kopioitavissa internetistä osoitteesta:http://www.tiehallinto.fi/thohje.

Apulaisjohtaja Pauli VelhonojaTie- ja liikennetekniikka

Tieinsinööri Pentti Salo

LISÄTIETOJA JAKELU/MYYNTIPentti Salo Tiehallinto, julkaisumyyntiTiehallinto, tie- ja liikennetekniikka s-posti: [email protected]. 0204 22 2145 Telefaksi 0204 22 2652

TIEDOKSI YmpäristöministeriöSuomen KuntaliittoRakennusteollisuus RTT OySuomen Maarakentajien Keskusliitto, SMLSuomen toimitila- ja rakennuttajaliitto RAKLI rySuunnittelu- ja konsulttitoimistojen liitto SKOLVTT, Rakennus- ja yhdyskuntatekniikkaRatahallintokeskusVR-Rata Oy SuunnitteluosastoIlmailulaitosHelsingin kaupungin geotekninen osastoTie- ja geokonsultitTieliikelaitos, konsultointiKorkeakoulut ja oppilaitoksetHte, Hsi, Htl, kirjasto

ESIPUHE

Ohjeen laati työryhmä, johon kuuluivat Jorma Hartikainen ja Pauli KolisojaTampereen teknillisestä korkeakoulusta, Matti Hakulinen Etelä-Karjalanammattikorkeakoulusta ja Panu Tolla Tieliikelaitoksesta sekä Pentti SaloTiehallinnosta.

Helsinki, toukokuu 2001

TiehallintoTie- ja liikennetekniikka

6 Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet

Sisältö

1 GEOTEKNISEN SUUNNITTELUN OHJEET JA SUUNNITTELIJANTEHTÄVÄT 9

2 GEOTEKNISEN SUUNNITTLEUN VAIHEET 112.1 Yleistä 112.2 Suunnittelun dokumentointi 112.3 Geotekninen suunnittelu yleissuunnitelmassa 12

2.3.1 Ohjeet 122.3.2 Yleissuunnitelman sisältö 132.3.3 Geoteknisen suunnittelun tavoitteet ja tehtävät 132.3.4 Tulostus 14

2.4 Geotekninen suunnittelu tiesuunnitelmassa 142.4.1 Ohjeet 142.4.2 Tiesuunnitelman sisältö 142.4.3 Geoteknisen suunnittelun tavoitteet ja tehtävät 152.4.4 Tulosteet 162.4.5 Kokonaisvastuulla hankittavaa urakkaa varten laadittu

tiesuunnitelma 182.5 Geotekninen suunnittelu rakennussuunnitelmassa 18

2.5.1 Ohjeet 182.5.2 Rakennussuunnitelman sisältö 182.5.3 Geoteknisen suunnittelun tavoitteet ja tehtävät 192.5.4 Tulosteet 19

2.6 Geotekninen suunnittelu rakennusvaiheessa 202.7 Geotekninen suunnittelu sillansuunnittelussa 20

2.7.1 Ohjeet 202.7.2 Sisältö, tehtävät ja tulosteet 21

3 POHJARAKENTEIDEN VERTAILUPERUSTEET 24

4 MITOITUSMENETELMÄT 254.1 Laskelmiin perustuva mitoitus 254.2 Koekuormitukset ja mallikokeet 254.3 Seurantamenetelmä 254.4 Ohjeisiin ja standardeihin perustuva suunnittelu 26

5 MAAKERROSTEN JA PENGERMATERIAALIEN GEOTEKNISETOMINAISUUDET 275.1 Maan ja murskaustuotteiden geoteknisten ominaisuuksien määritys

275.2 Luokitusominaisuudet 275.3 Lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määritysmenetelmät 28

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet 7

5.3.1 Savi, savinen siltti ja lieju 285.3.2 Siltti ja hiekka 295.3.3 Sora, moreenit ja murskaustuotteet 305.3.4 Louhe 315.3.5 Turpeet 31

5.4 Koetulosten tulkinta 325.4.1 Moduuliarvojen määritys 325.4.2 Painumakokeet 335.4.3 Lujuusominaisuuksien määritys 345.4.4 Maakerroksen ominaisarvon määrittäminen 35

5.5 Maan ominaisuudet dynaamisessa ja syklisessä kuormituksessa365.6 Routimisominaisuudet 37

6 RAKENNUSMATERIAALIEN OMINAISUUDET GEOTEKNISESSÄSUUNNITTELUSSA 38

7 ULKOISET KUORMAT 397.1 Noudatettavat ohjeet 397.2 Maarakenteisiin, maaleikkauksiin sekä pohjarakenteisiin

kohdistuvat kuormat 397.2.1 Liikennekuorma maarakenteille 397.2.2 Liikennekuorma maassa oleville pohjarakenteille 407.2.3 Työkonekuormat 417.2.4 Rakenteista maalle tuleva kuormitus 417.2.5 Maanpaino 417.2.6 Maanpaine 417.2.7 Vedenpaine 427.2.8 Huokosveden ylipaine 427.2.9 Tärinä 437.2.10 Kuormien yhdistäminen 44

7.3 Varusteisiin ja laitteisiin kohdistuvat ulkoiset kuormat 44

8 TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEIDEN SUUNNITTELUKRITEERIT45

8.1 Alueellinen vakavuus 458.2 Tiepenkereen vakavuus 468.3 Tieleikkauksen vakavuus 478.4 Tiepenkereen painumat 498.5 Kaivannot 528.6 Kuivatusrakenteet ja muut tien varusteet 538.7 Rakenneosien kestävyys 53

8.7.1 Rakenteiden tekninen käyttöikä 538.7.2 Rakenteen teknisen käyttöiän määrittely 53

8 Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet

8.7.3 Rakennusosien pitkäaikaiskestävyys 538.8 Routatekninen mitoitus 53

9 TIEN YMPÄRISTÖGEOTEKNISET SUUNNITTELUPERUSTEET 549.1 Pohjavesisuhteiden hallinta 54

9.1.1 Pohjatutkimukset ja pohjavesisuhteiden määritys 549.1.2 Pohjaveden alentaminen 559.1.3 Pohjaveden alennussuunnitelma 569.1.4 Pohjaveden suojaus 57

9.2 Tärinä ja melu 57

10 KIRJALLISUUTTA 58

11 LIITTEET 61

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet 9GEOTEKNISEN SUUNNITTELUN OHJEET JA SUUNNITTELIJAN TEHTÄVÄT

1 GEOTEKNISEN SUUNNITTELUN OHJEET JA SUUN-NITTELIJAN TEHTÄVÄT

Tarkoitus

Tässä julkaisussa esitetään yleiset vaatimukset teiden pohjarakenteiden japohjavahvistusten arvioinnille ja suunnittelulle. Pohjarakenne on maahankosketuksissa oleva rakenne, jonka rakennemateriaalit täyttävät eurooppa-laisten standardien rakennemateriaalien vaatimukset. Pohjanvahvistaminenon maanvahvistamista ja pohjanvahvistus mitoitetaan kuten maarakenteet.Pohjanvahvistusmenetelmiä ovat:− syvätiivistys− esikonsolidointi yleensä ylikuormituksen tai pystyojien avulla− injektointi− stabilointi− maan lujitteet

Siltojen pohjarakenteiden yksityiskohtaiset suunnitteluperusteet on esitettyjulkaisussa Pohjarakennusohjeet sillansuunnittelussa (TIEL 2172068-99).Tien päällysrakenteet mitoitetaan Tiehallinnon liikenne- ja tieteknisten ohjei-den mukaisesti.

Soveltamisalue

Tätä ohjetta noudatetaan sekä yleisten teiden rakenteiden että niihin liittyvi-en työnaikaisten rakenteiden suunnittelussa ellei hankekohtaisesti muutasovita.

Asema ohjeistuksessa

Suomen rakentamismääräyskokoelmassa osassa B3 on annettu määräyk-set rakennuspohjan laadun selvittämisestä, pohjarakennussuunnitelmasta japohjarakennustöiden suorituksesta. Lisäksi vuonna 1996 Ympäristöministe-riö on hyväksynyt geoteknisessä suunnittelussa sovellettavaksi Eurocode7:n esistandardin SFS-ENV1997-1 Eurocode: Geotekninen suunnittelu, Osa1: Yleiset säännöt ja sen kanssa sovellettavaksi kansallisen soveltamisasia-kirjan (NAD).

Suomen Rakennusinsinöörien liitto on julkaissut RIL 121-1988 Pohjaraken-nusohjeet, jota noudatetaan talonrakennuksen pohjarakennussuunnittelussaja -töissä. Ohjeessa on esitetty suosituksia, jotka edustavat hyvää pohjara-kennustapaa. Tiehallinto on täydentänyt näitä ohjeita siltojen pohjarakentei-den osalta julkaisulla Pohjarakennusohjeet sillansuunnittelussa (TIEL2172068-99). Julkaisua sovelletaan myös muissa tiealueelle tehtävissä be-toni- ja teräsrakenteissa, kuten paalulaatoissa, tukimuureissa ja tukiseinissä.

10 Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteetGEOTEKNISEN SUUNNITTELUN OHJEET JA SUUNNITTELIJAN TEHTÄVÄT

Tiehallinnolle tehtävien suunnitelmien sisällön, esitystavan ja rakenteidenyksityiskohtien suunnittelun suhteen noudatetaan kulloinkin voimassa olevaatai hankekohtaisesti määritettyä ohjetta. Internet-osoite, jossa Tiehallinnontie- ja liikennetekniikkaa ja siltatekniikkaa koskevat voimassa olevat ohjeeton lueteltu, esitetään liitteessä 1.

Tiehallinnon kaikkia voimassa olevia ohjeita noudatetaan, mikäli tilaajankanssa ei ole toisin sovittu. Tiehallinnon ohjeet julkaisee vuonna 2001 ja senjälkeen Tiehallinto. Ennen vuotta 2001 Tiehallinnon ohjeet on julkaissut Tie-laitos.

Mikäli rakenteen suunnittelussa halutaan soveltaa vaihtoehtoisesti Pohjara-kennusohjeeseen tai eurocodeihin perustuvaa mitoitusta, on välttämätöntä,että samaa järjestelmää sovelletaan koko rakenteeseen sekä kuormitustenettä kapasiteetin määrittämiseen. Eurocodeihin perustuvaa mitoitusta voi-daan käyttää siltojen suunnittelussa vain jos näin on tilaajan kanssa etukä-teen sovittu.

Ohjeiden ja määräysten pätemisjärjestys

Suunnitelmaa laadittaessa on huomioitava, että suunnittelu- ja rakentamis-hankkeissa ohjeiden ja määräysten pätemisjärjestys on seuraava:

1. Tiehallinnon hyväksymät hankekohtaiset tuotevaatimukset (suunnittelu-perusteet ja laatuvaatimukset) sekä luettelo hankekohtaisesti noudatet-tavista ohjeista

2. Tiehallinnon pohjarakentamista koskevat ohjeet, liikenne- ja tieteknisetohjeet sekä sillansuunnitteluohjeet.

3. RIL 121-1988 Pohjarakennusohjeet tai ENV 1997-1 ja kansallinen so-veltamisasiakirja NAD.

Geoteknisen suunnittelijan tehtävät

Tien- tai sillan suunnittelutoimeksiannossa nimetty pääsuunnittelija tai pro-jektipäällikkö vastaa projektista ja projektiin nimettyjen suunnittelijoiden yh-teistoiminnasta.

Teiden pohjarakenteiden geoteknisestä mitoituksesta ja pohjanvahvistustensuunnittelusta vastaa suunnittelutoimeksiannossa nimetty geotekninensuunnittelija.

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet 11GEOTEKNISEN SUUNNITTLEUN VAIHEET

2 GEOTEKNISEN SUUNNITTLEUN VAIHEET

2.1 Yleistä

Pohjanvahvistusten ja pohjarakenteiden suunnittelu liittyy laajempaan suun-nittelutehtävään, joka voi olla yleissuunnittelua , tiesuunnittelua tai raken-nussuunnittelua.

Rakenteet suunnitellaan tienpidon kannalta mahdollisimman edullisiksi kui-tenkin siten, että asetetut vaatimukset tien palvelutasolle ja aiheutuville ym-päristövaikutuksille täyttyvät koko käyttöiän.

Rakennussuunnittelun tulee olla niin yksityiskohtaista, että suunnitellut ra-kenteet voidaan toteuttaa. Mikäli rakennussuunnitelman laatiminen kuuluurakennusurakkaan, on tämä otettava huomioon tiesuunnitelman laatimisessaohjeen ”Tiesuunnitelma, sisältö ja esitystapa, TIEL 2110004-99” mukaisesti.

Yleis- ja tiesuunnitteluvaiheessa suunnittelun tarkkuus on valittava sellaisek-si, että näissä suunnitteluvaiheissa laaditut arviot kustannuksista, ympäristö-vaikutuksista ja tiealueen tarpeesta ovat realistisia ja oleellisilta osiltaan pitä-vät myöhemmissä suunnitteluvaiheissa.

2.2 Suunnittelun dokumentointi

Tiehallinnon hankkeissa toteutuu yleensä vaiheittain etenevä ja tarkentuvasuunnittelu, jolloin on välttämätöntä huolehtia kunkin vaiheen dokumentoin-nista. Tulosten tulee olla tarkistettavissa ja hyödynnettävissä riippumattamissä vaiheessa ja kenen palveluksessa työ on tehty.

Geoteknisen suunnittelun tulee perustua laadultaan hyviin ja määrältäänriittäviin kenttä- ja laboratoriotutkimuksiin.

Koska näitä suunnittelun lähtötietoja tuotetaan yhdessä projektissa usean eriorganisaation toimesta, tulee myös näiden tulosten dokumentointi ja laatu-vastuu selkeästi osoittaa alla esitettyä raportointimenettelyä noudattaen.

Pohjatutkimukset

Pohjatutkimukset suorittava organisaatio raportoi Pohjatutkimusraporttinasuunnittelijalle luovuttamansa tutkimustulokset :− tutkimuksen suorittajat, käytetyt menetelmät ja kalusto

− tarkistetut mittauspöytäkirjat ja piirretyt tulosteet (kairausten tarkistusdia-grammit)

− laadunvarmistusdokumentit

12 Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteetGEOTEKNISEN SUUNNITTLEUN VAIHEET

Laboratoriotutkimukset

Laboratoriotutkimukset suorittava organisaatio raportoi Laboratoriotutkimus-raporttina suunnittelijalle luovuttamansa tutkimustulokset:

− tutkimuksen suorittajat, käytetyt menetelmät ja kalusto

− tarkistetut mittauspöytäkirjat ja piirretyt tulosteet

− laadunvarmistusdokumentit

Geotekninen suunnittelu

Kaikissa suunnitteluvaiheissa mitoituslaskelmat laaditaan, tulostetaan ja ar-kistoidaan ohjeen Geotekniset laskelmat TIEL 2180002 mukaisesti. Koskageoteknisessä suunnittelussa merkittävä osa suunnittelutehtävistä ratkais-taan ilman varsinaisia laskelmia, tulee kaikki tarkastelut suunnitteluperustei-neen kirjata osaksi Geoteknistä suunnitteluraporttia.

Suunnittelun lopputuloksena laaditaan Pohjarakennussuunnitelma, joka si-sältää:− Työselitykset, laatuvaatimukset tai esityksen perustamistavasta

− Piirustukset pohjarakenteista ja pohjatutkimustuloksista. Piirustustenosalta noudatetaan ohjetta: Pohjarakennussuunnitelmat, Esitystapa TIEL703435.

Pohjarakennussuunnitelma tulostetaan normaalisti osana laajempaa suun-nitelmaa kuten seuraavissa kappaleissa esitetään.

2.3 Geotekninen suunnittelu yleissuunnitelmassa

2.3.1 Ohjeet

Yleissuunnitelman sisältö on määritetty ohjeella Yleissuunnitelma, sisältö jaesitystapa TIEL 2110005.

Sisällön yksityiskohtaisia ohjeita on määritetty lisäksi ohjeissa Tie- ja vesira-kennushallitus, Teiden suunnittelu I – IX.

Yleissuunnitelmavaiheen pohjatutkimuksille ei ole erillistä ohjetta, vaanpohjatutkimusten osalta sovelletaan julkaisuja:

− Tieleikkausten pohjatutkimukset, Geotekniikan informaatiojulkaisujaTIEL 32000354

− Teiden pehmeikkötutkimukset, Geotekniikan informaatiojulkaisujaTIEL 32000520

− Siltojen pohjatutkimukset, Geotekniikan informaatiojulkaisujaTIEL 32000537


Tilaajan ja suunnittelijoiden tehtävät on kuvattu yksityiskohtaisimmin julkai-suissa Tiensuunnittelun toimintaohjeet TIEL1000013.

Toimenpide- ja tarveselvityksissä sovelletaan tätä ohjetta geotekniikanosalta tarpeellisessa laajuudessa.

2.3.2 Yleissuunnitelman sisältö

Yleissuunnitelma laaditaan kulloinkin tarkoituksenmukaisella tarkkuudella.Esitettävien ratkaisujen tulee olla toteuttamiskelpoisia teknisesti ja taloudelli-sesti.

Ratkaisut, jotka ovat jatkosuunnittelun ja hankeen toteutuksen kannalta sito-via, suunnitellaan niin yksityiskohtaisesti, että niiden tekninen toteuttamis-kelpoisuus, kustannukset ja ympäristövaikutukset hallitaan.

2.3.3 Geoteknisen suunnittelun tavoitteet ja tehtävät

1. Pohjanvahvistusratkaisu valitaan vaihtoehtovertailun perusteella.

2. Valittujen teknisten ratkaisujen tulee olla toteuttamiskelpoisia.

3. Merkittävät pohjanvahvistukset ja pohjarakenteet suunnitellaan alustavasti.

Toteuttamiskelpoisuus varmistetaan käyttämällä riittävän luotettavia tietojarakennuspaikasta ja pohjasuhteista.

Kustannusarvion on perustuttava määritettyihin massoihin. Massat määrite-tään mitoitetuille ja dokumentoiduille rakenteille ja rakennusosille, jotka onsuunniteltu pohjasuhteet huomioiden.

Rakennuskustannusten on oltava niin tarkasti määritetty, että kustannukseteivät merkittävästi nouse jatkosuunnittelussa.

Ohjeellisesti seutu- ja yleiskaava-alueilla määritetään tielinjalle maastokäy-tävä niin, että tielinjan sijainti voidaan määritetään +/-50 metrin tarkkuudella.Asemakaavoitetulla alueella linjan sijainti määritetään +/-2 metrin tarkkuu-della.

Yleissuunnitelmassa hankkeen ympäristövaikutukset kuvataan. Geotekni-sessä suunnittelussa tulee tarkastella rakentamisen ja pohjanvahvistustenvaikutukset:− pohjavesisuhteiden hallintaan

− pohjaveden suojaukseen

− tien lähialueen maankäyttöön

− tärinään

− maiseman muotoiluun

Ratkaisut, jotka ovat jatkosuunnittelun ja hankkeen toteutuksen kannalta si-tovia suunnitellaan riittävän yksityiskohtaisesti.


2.3.4 Tulostus

Kaikki tehdyt selvitykset raportoidaan kirjallisesti. Lähtötiedot ja vaihtoeh-toselvitykset liitetään työkansioihin. Varsinaiset selvitykset raportoidaanosana Teknistä suunnitelmaa ja lisäksi niiden keskeisimmät tulokset tiivis-tettynä Suunnitelmaselostuksessa.

Pohjanvahvistukset ja pohjarakenteet osoitetaan tien pituusleikkauksessaviitteellisenä.

Mitoitetut rakenteet ja rakennusosat tulostetaan osaksi Teknistä suunnitel-maa.

Pohjatutkimukset, laboratoriotutkimukset ja geotekninen suunnittelutyö do-kumentoidaan kohdan 2.2 mukaisesti.

2.4 Geotekninen suunnittelu tiesuunnitelmassa

2.4.1 Ohjeet

Tiesuunnitelman sisältö on määritetty ohjeella Tiesuunnitelma, sisältö jaesitystapa, TIEL 2110004-99.

Sisällön yksityiskohtaisia ohjeita määritetty lisäksi ohjeissa Tie- ja vesiraken-nushallitus, Teiden suunnittelu I - IX .

Pohjatutkimusten laajuus on määritetty ohjeella Tiesuunnitelman pohjatutki-mukset TIEL 2180003.

Tilaajan ja suunnittelijoiden tehtävät on kuvattu yksityiskohtaisimmin julkai-sussa Tiensuunnittelun toimintaohjeet TIEL 1000013.

2.4.2 Tiesuunnitelman sisältö

Tiesuunnitelma määrittelee hankkeen yksityiskohtaisesti. Hyväksytyllä lain-voimaisella tiesuunnitelmalla voidaan tiealue ottaa haltuun, antaa tiepäätösja ryhtyä töihin. /Tiesuunnitelma, sisältö ja esitystapa, TIEL 2110004-99/.

Tiesuunnitelman keskeisenä vaatimuksena on, että siinä määritetään

− tiealueen rajat

− suunnitelman vaikutukset ympäristöön

− pohjaveden suojaus

− maastonmuotoilu

− kustannusarvio: rakennuskustannukset ja muut kustannukset


Jotta tiealue, tien rakentamisesta aiheutuvat kustannukset ja tien ympäristö-vaikutukset voidaan määrittää, suunnitelmaa varten on selvitettävä ja doku-mentoitava maankäyttö, tarvittavat tie- ja liikennejärjestelyt sekä maanpin-nan muodot ja pohja-olosuhteet. Näiden perusteella suunnitellaan:

− teiden linjaukset ja tasaukset

− liikennetekniset poikkileikkaukset

− sillat

− pohjanvahvistusten ja pohjarakenteiden sekä tien rakenteiden vaatimatila, esimerkiksi kevennysleikkaukset

Teknisten ratkaisujen ja kustannusarvion laatiminen edellyttävät kaikkienrakenteiden yksityiskohtaista suunnittelua, massojen määritystä ja kustan-nusten arviointia. Kuitenkin yksityiskohdat, jotka eivät vaikuta tiealueen le-veyteen, tien rakentamisesta aiheutuviin kustannuksiin tai tien ympäristövai-kutusten määrittämiseen voidaan tehdä myöhemmin rakennussuunnittelunyhteydessä.


Massamäärät ja kustannusarvio

Suunnittelu ja pohjatutkimukset tehdään niin yksityiskohtaisesti, että mas-samäärät voidaan laskea valitulla linjauksella ja tasauksella +10%/-10%tarkkuudella.

Pohjarakenteiden rakennuskustannukset tulee voida arvioida +15%/-15%tarkkuudella.

Edustavat pohjatutkimukset, kaikki suunnitellut pohjanvahvistukset ja pohja-rakenteet sekä niiden massamäärät merkitään pituusleikkauksiin. Raken-nuskustannukset lasketaan käyttäen näitä massamääriä ja mahdollisimmanluotettavia yksikköhintoja. Yksityiskohtainen kustannusarvio sisällytetäänosaan E (suunnitteluaineisto).

Geoteknisen suunnittelun tehtävät

Tiealueen ja sille suunniteltujen rakenteiden vakavuus tarkistetaan ja osoi-tetaan vakavuuden kannalta kriittiset kohdat. Tarkastelut dokumentoidaanosaan E (suunnitteluaineisto).

Pohjanvahvistuksen tai pohjarakenteen valinnan on perustuttava edustavis-sa poikkileikkauksissa tai vastaavissa tehtyihin alustaviin mitoituksiin ja nii-den perusteella tehtyyn kustannusvertailuun.

Valitut pohjanvahvistukset ja pohjarakenteet perustuvat mitoitettuihin poikki-leikkauksiin ja rakennusosiin. Mitoitusta varten on oltava käytettävissä riittä-vät tiedot pohjasuhteista tarkasteltavien poikkileikkausten (vast.) valitsemi-seksi ja luotettavan mitoituksen suorittamiseksi ko kohdalta.


Mitoitetut poikkileikkaukset ja rakennusosat tulostetaan tiesuunnitelmanosaan C 13 Pohjarakenteet tai tien poikkileikkauksiin, mikäli ne liitetäänosaan C.

Kaikki pohjanvahvistukset ja pohjarakenteet osoitetaan tien pituusleikkauk-sessa ja viitteellisenä tien poikkileikkauksissa.

Rakenteita suunniteltaessa ja erityisesti tiealuetta määritettäessä huomioi-daan: ”Tiesuunnitelman ei saa tarpeettomasti sitoa jatkosuunnittelussa jahankkeen toteutuksessa tieteknisten ratkaisujen tekemistä ja näin rakennus-kustannusten kannalta edullisimpien ratkaisujen käyttämistä. Tiesuunnitel-man on kuitenkin asetettava rakennussuunnittelulle vähimmäislaatuvaati-mukset. /Tiesuunnitelma, sisältö ja esitystapa, TIEL 2110004-99/.

Ympäristövaikutukset määritetään niin yksityiskohtaisesti, että tarvittavat toi-menpiteet voidaan suunnitella sekä määrittää hankekohtaiset vaatimukset.Geoteknisessä suunnittelussa tulee tarkastella rakentamisen vaikutukset:

− pohjavesisuhteiden hallinnan,

− pohjaveden suojauksen,

− tien lähialueen maankäyttöön,

− tärinän ja

− maiseman muotoilun suhteen.

2.4.4 Tulosteet

Geotekninen suunnittelu tulostetaan osana tiesuunnitelman tulosteita. Poh-janvahvistus- ja pohjarakenteita osoittavat merkinnät lisätään tai liitetään pii-rustuksiin ja selostusdokumentteihin ohjeen Tiesuunnitelma, sisältö ja esi-tystapa, TIEL 2110004-99 mukaisesti.


Geotekninen suunnittelu vaikuttaa seuraavien osien sisältöön:

A Yleiset asiakirjat

− TiesuunnitelmaselostusB Kustannusarvio ja kustannusjako

− Yhteenveto ja tiekohtainen kustannusarvioC Piirustukset

− Päätien suunnitelmat, muut yleiset ja yksityiset tiet sekä rautatiet

− suunnitelmakartta

− pituusleikkaukset

− poikkileikkaukset

− Siltasuunnitelma

− Kuivatus, uomat ja pohjavesisuojaukset

− Muiden omistamien rakenteiden siirrot ja suojaukset

− Varusteet

− Pohjarakenteet

− MassatalousD Suunnittelua, rakentamista ja rakenteita koskevat vaatimukset

− Hankekohtaiset vaatimukset

− TurvallisuusasiakirjaE Suunnitteluaineisto

− Suunnitteluperusteet ja geotekniset tarkastelut


− Pohjatutkimusraportti

− Laboratoriotutkimusraportti

− Geotekninen suunnitteluraportti:

− Suunnitteluperusteet

− Valitut ratkaisut ja niiden perustelut sekä tie- että siltarakenteidenosalta

− Selvitykset ympäristövaikutusten arvioimiseksi tehdyistä tutkimuk-sista

− Pohjanvahvistusten ja pohjarakenteiden vaihtoehtojen mitoitus jakustannusvertailu

Raportit liitetään osaan E (suunnitteluaineisto).


2.4.5 Kokonaisvastuulla hankittavaa urakkaa varten laadittu tie-suunnitelma

Jos tiehankkeen rakentaminen toteutetaan tilauksella, johon sisältyy raken-nussuunnittelu, on tiesuunnitelma tehtävä yksityiskohtaisemmin kuin luvuis-sa 2.4.1 - 2.4.4 on esitetty. Laajennetun tiesuunnitelman perusteella tarjouk-sen tekijän tulee voida arvioida olosuhteet sekä suunnittelu- ja rakentamis-kustannukset riittävän luotettavasti. Pohjatutkimukset on tehtävä niin laajoi-na, että tarjoaja voi arvioida myös tiesuunnitelmassa esitetystä poikkeaviavaihtoehtoisia pohjarakennus- ja pohjanvahvistusratkaisuja. Vain pohjara-kennus- ja pohjanvahvistusmenetelmiin liittyvät yksityiskohtaiset tutkimuksettehdään välittömästi rakentamista edeltävän suunnittelun yhteydessä.

2.5 Geotekninen suunnittelu rakennussuunnitelmassa

2.5.1 Ohjeet

Rakennussuunnitelman sisältö on määritetty ohjeella Tie- ja vesirakennus-hallitus, Teiden suunnittelu I - IX.

Rakennussuunnitelmavaiheen pohjatutkimuksissa sovelletaan julkaisuja:

− Tieleikkausten pohjatutkimukset, Geotekniikan informaatiojulkaisujaTIEL 32000354

− Teiden pehmeikkötutkimukset, Geotekniikan informaatiojulkaisujaTIEL 32000520


Tilaajan ja suunnittelijoiden tehtävät on kuvattu yksityiskohtaisimmin ohjees-sa Tiensuunnittelun toimintaohjeet TIEL1000013.

2.5.2 Rakennussuunnitelman sisältö

Rakennussuunnitelmalla määritetään rakennettavan kohteen lopputulos.Geoteknisen suunnittelun kannalta rakennussuunnitelman keskeiset sisällönvaatimukset ovat:

− rakennussuunnitelmassa osoitetaan työssä tarvittavat mitat

− rakennussuunnitelmassa selvitetään käytettävät rakennusaineet

− asetetaan rakennusaineille ja työlle laatuvaatimukset

− silloista laaditaan rakennussuunnitelmat

− laaditaan kustannusarvio

Rakennussuunnitelma on työsuunnittelun perusasiakirja.



Suunnitelma-asiakirjojen avulla laadittavan rakennuskustannusarvion tuleeolla luotettava. Arvion on tällöin perustuttava yksityiskohtaisesti mitoitettujenrakenteiden pohjalta tehtyyn kustannuslaskentaan.

Rakentamista, rakentamisen aikaista ja korjaussuunnittelua varten tarkiste-taan, että:

− Tiealueen ja tiealueelle suunniteltujen rakenteiden vakavuus on riittävä.

− Pohjanvahvistukset ja pohjarakenteet perustuvat edustavien poikkileik-kausten tai rakennusosien yksityiskohtaiseen mitoitukseen.

− Kaikki pohjanvahvistukset ja pohjarakenteet osoitetaan tien pituusleikka-uksessa ja poikkileikkauksissa.

Ympäristövaikutusten hallintaan tarvittavat rakenteet suunnitellaan ja laadi-taan niiden rakennustöiden laatuvaatimukset tai työselitys. Lisäksi suunni-tellaan tarvittavat seurantamittaukset ja katselmukset.

2.5.4 Tulosteet

Geotekninen suunnittelu tulostetaan osana rakennussuunnitelmaa noudat-taen ohjetta Tie- ja vesirakennushallitus, Teiden suunnittelu I – IX.

Pohjatutkimukset, laboratoriotutkimukset ja geotekninen suunnittelutyö do-kumentoidaan kohdan 2.2 mukaisesti:

− Pohjatutkimusraportti

− Laboratoriotutkimusraportti

− Geotekninen suunnitteluraportti:

− Valitut ratkaisut ja niiden perustelut sekä tie- että siltarakenteiden osalta

− Selvitykset ympäristövaikutusten arvioimiseksi tehdyistä tutkimuksista

− Pohjanvahvistusten ja pohjarakenteiden vaihtoehtojen mitoitus ja kus-tannusvertailu

Työkohtainen työselitys

Työkohtaiseen työselitykseen ja/tai laatuvaatimuksiin kirjataan vain ne vaa-timukset, jotka poikkeavat Tienrakennustöiden yleisistä laatuvaatimuksista jatyöselityksestä (TYLT) tai jos jotain kohtaa halutaan erityisesti painottaa.

Työkohtaisessa työselityksessä esitetään lisäksi vaatimukset urakoitsijaltaedellytettävien työsuunnitelmien sisällölle sekä niitä koskevat rajaukset.


Urakakkaohjelman työkohtainen osa

Geoteknisessä suunnitteluraportissa esitetään kohdat, jotka urakkatarjoustapyydettäessä ja urakkasopimusta tehtäessä on huomioitava. Yleensä nämäkohdat liittyvät yksityiskohtiin, joita ei ole voitu suunnitella tai suunnitelmanteettäjä ei ole pitänyt tarpeellisena suunnitella yksityiskohtaisesti.

Rakennussuunnitelmaselostus ja suunnitelman osat

Pohjarakenteet ja pohjanvahvistukset esitetään suunnitelmapiirustuksissa.Erityisiä pohjarakennuspiirustuksia laaditaan silloin, kun asioita ei voidaesittää muissa piirustuksissa riittävän tarkasti.

2.6 Geotekninen suunnittelu rakennusvaiheessa

Suunnittelun yksityiskohtaisuus vastaa rakennussuunnitelmaa.

Mahdolliset tehtävät liittyvät yleensä:

− suunnitelmamuutoksiin

− rakentajan vaihtoehtoratkaisuihin

− paalujen koekuormituksiin

− tärinävaikutuksiin

− pohjaveden hallintaan

− työnaikaisten rakenteiden suunnitteluun (kaivantosuunnittelu, varatie- javäistöraidesuunnitelmat)

2.7 Geotekninen suunnittelu sillansuunnittelussa

Siltoihin liittyvän geoteknisen suunnittelun perusteet sisältyvät siltateknisiinohjeisiin. Tässä ohjeessa esitetään ainoastaan sillansuunnittelun liittyminenmuuhun tiehankkeen suunnitteluun.

Pohjatutkimukset, laboratoriotutkimukset ja geotekninen suunnittelutyö do-kumentoidaan kohdan 2.2 mukaisesti kussakin suunnitteluvaiheessa.

2.7.1 Ohjeet

− Sillan suunnittelun lähtötiedot (korvaa ohjeen Siltapaikka-asiakirjat4.12.1979/Sss-478 TVH 722054)

− Siltojen suunnitelmat TIEL 2172067-2000

− Pohjarakennusohjeet sillansuunnittelussa TIEL 2172068-99



2.7.2 Sisältö, tehtävät ja tulosteet

Esisuunnittelu

Esisuunnittelu liittyy suuriin hankkeisiin, joissa on erilaisia periaateratkaisujaja liikenneväylävaihtoehtoja. Esisuunnittelua ei yleensä tarvita, jos sillanpaikka on määrätty ja siltatyyppi on tavanomainen.

Esisuunnittelun tavoitteena on lähtökohtien aikaansaaminen sillan yleis-suunnittelua varten ja sen keskeisenä osana on eri väylien linjausvaihtoeh-tojen kannattavuuden selvittäminen.

Olemassa olevaa pohjatutkimustietoa ja tarvittaessa ensimmäisiä alustaviapohjatutkimuksia käyttäen arvioidaan eri vaihtojen perustamisratkaisuja janiistä aiheutuvia rakentamiskustannuksia ja ympäristövaikutuksia.

Esisuunnitelman raporttiin liitetään alustava kuvaus siltapaikan tai -paikkojenperustamisolosuhteista ja niiden vaikutuksesta sillan rakentamiskustannuk-siin sekä esitetään arvio pohjarakentamisesta aiheutuvista ympäristövaiku-tuksista.

Siltaluonnoksissa esitetään siltapaikan pohjasuhteet sillä tarkkuudella, kunne on selvitetty.

Yleissuunnittelu

Yleissuunnittelussa laaditaan siltapaikalle sopivia vaihtoehtoja. Tarvittaessatarkistetaan tien linjausta ja tasausta edullisimman siltaratkaisun löytämisek-si. Sen kuluessa määritetään sillan rakentamisen vaikutus luontoon ja ympä-ristöön.

Alustavien pohjatutkimusten tulosten pohjalta määritetään siltavaihtoehdoillealustavat toteuttamiskelpoiset perustamisratkaisut ottaen huomioon myöstulopenkereiden vaikutukset ratkaisuihin ja kustannuksiin.

Alustavissa pääpiirustuksissa esitetään alustavat perustamisratkaisut. Silta-paikan tai paikkojen pohjaolosuhteet ja ympäristövaikutukset kuvataan osa-na suunnitelmaselostusta.

Siltasuunnitelma

Siltasuunnitelman laatiminen on tiehankkeen tiesuunnitelman laatimiseenliittyvä suunnitteluvaihe. Tavoitteena on kuvata silta tiesuunnitelman käsitte-lyn ja vesioikeuden luvan hakemisen edellyttämässä laajuudessa. Silta-suunnitelma määrittelee sillan sillä tarkkuudella, että sen pohjalta voidaantehdä rakennussuunnitelma.


Siltapaikan pohjasuhteista hankitaan niin yksityiskohtaista tietoa, että voi-daan suunnitella:

− kaikille tuille teknisesti toteuttamiskelpoiset ja taloudelliset perustamisrat-kaisut, jotka mitoitetaan alustavasti luotettavan kustannusarvion laatimi-seksi

− tulopenkereiden pohjanvahvistus tai perustaminen

Sillan vesilain mukaista käsittelyä varten selvitetään:

− kaikki rakentamistoimenpiteet, jotka vaikuttavat pysyvästi tai rakentami-sen aikana vesistöön tai pohjaveteen

− sillan ja penkereen vaihtoehtoiset perustamistavat. Vesilainmukaisessaympäristölupavirastolle lähetettävässä lupahakemuksessa voidaan esit-tää vain yksi ratkaisu. Myöhemmät suunnitelman muutokset voivat johtaauuteen lupakäsittelyyn

Tulosteet:

− Perustamistavat ja pohjanvahvistukset esitetään sillan pääpiirustuksessaja pohjatutkimuspiirustuksissa

− Geoteknisessä suunnitteluraportissa esitetään lisäksi tiedot, jotka silta-suunnittelija tarvitsee laatiakseen perustusten ja pohjarakennustöiden:

− Siltakohtaiset tuotevaatimukset

− Toteutustapaehdotuksen

− Määräluettelon

− Kustannusarvion

Mikäli siltasuunnitelmaa käytetään KVU-kyselyn suunnitelma-asiakirjana,siltapaikalla tehdään sillan alustavan rakennussuunnitelman tasoiset pohja-tutkimukset.

Rakennussuunnitelma

Silta rakennetaan rakennussuunnitelman mukaan. Suunnitelmassa esitetäänsillan mitat, rakenteet ja rakennusaineet sekä määritetään valmiin rakenteenlaatuvaatimukset.

Sillan rakennussuunnitelma tehdään tavanomaisissa kohteissa yhtenäsuunnitteluvaiheena.

Suunnittelutehtävät ja yksityiskohtaisuus vastaavat tien rakennussuunnitel-maa.

Siltapaikalla tehdään yksityiskohtaiset pohjatutkimukset.


Siltasuunnitelmassa esitetyt perustamistavat tarkistetaan ja tehdään:

− kaikille perustuksille yksityiskohtainen mitoitus

− tulopenkereiden pohjarakenteiden yksityiskohtainen mitoitus

Laadittavat tulosteet

− Siltakohtaiset laatuvaatimukset tai työselitykset

− Pohjatutkimus- ja geotekniset piirustukset

− Geoteknisessä suunnitteluraportissa esitetään lisäksi tarvittavat tiedotsillan massa- ja kustannuslaskentaa varten

Pohjatutkimus- ja geoteknisissä piirustuksissa esitetään pohjasuhteet japohjarakenteet niin yksityiskohtaisesti, että niiden perusteella ratkaisujentoteuttamiskelpoisuus on luotettavasti arvioitavissa ja massojen määritysvoidaan tehdä yhdessä rakennuspiirustusten kanssa.

Yleensä suurissa siltahankkeissa rakennussuunnittelu jakautuu kahteenosavaiheeseen:

− Alustava rakennussuunnitelma

− Lopullinen rakennussuunnitelma

Alustavaa rakennussuunnitelmaa käytetään tällöin urakkatarjousten pohja-na.

Alustavassa rakennussuunnitelmassa esitetään rakenneratkaisut, aine-menekit ja toteutustapa niin, että sillalle asetettavat laatuvaatimukset voi-daan yksityiskohtaisesti määrittää.

Geotekninen suunnittelu tehdään kokonaan alustavan rakennussuunnittelunaikana, mutta sitä tarkennetaan lopullisen rakennussuunnittelun aikana.

Lopullinen rakennussuunnitelma

Geoteknistä suunnittelua tarkennetaan lopullisen rakennussuunnittelun ai-kana, mikäli pohjarakenteiden suunnitteluperusteina olevat alustavan raken-nussuunnitelman tiedot muuttuvat.

Suunnitelmatulosteet ja suunnittelun dokumentit päivitetään.

24 Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteetPOHJARAKENTEIDEN VERTAILUPERUSTEET

3 POHJARAKENTEIDEN VERTAILUPERUSTEETAsetetut laatuvaatimukset täyttävistä vaihtoehtoisista pohjarakenteita verra-taan toisiinsa niiden rakentamiskustannusten avulla. Rakentamiskustannuk-set lasketaan ilman yleiskustannuksia ja arvonlisäveroa. Rakentamiskustan-nusten arvioinnissa voidaan hyödyntää julkaisua Pohjanvahvistusmenetel-män valinta, TIEL 32000446.

Yksikköhintatiedot tarkistetaan paikallisia olosuhteita ja kustannustasoavastaaviksi.

Tierakenteiden elinkaarikustannukset huomioidaan tilaajan hyväksymällätavalla.

Elinkaarikustannusten arvioinnissa voidaan hyödyntää julkaisua Maaraken-tamisen elinkaariarviointi, VTT Tiedotteita nro 1962, Espoo 1999.

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet 25MITOITUSMENETELMÄT

4 MITOITUSMENETELMÄT

4.1 Laskelmiin perustuva mitoitus

Geoteknisen mitoituksen tulee ensisijaisesti perustua laskelmiin. Ellei oleolemassa laskentamallia, joka kuvaa maan ja rakenteen käyttäytymistä tar-kasteltavassa rajatilassa, tulee mitoituksessa käyttää ohjeissa ja standar-deissa esitettyjä määräyksiä. Mitoitus tehdään ensisijaisesti rajatilamenetel-mällä. Mitoituksessa noudatetaan Tiehallinnon ohjeissa esitettyjä periaatteitaja kertoimia tai vaihtoehtoisesti Eurocode 1 ja Eurocode 7:n esistandardissaENV 1997-1 esitettyjä periaatteita ja kansallisessa soveltamisasiakirjassa(NAD) esitettyjä kertoimia. Geotekniset laskelmat esitetään ohjeen Geotek-niset laskelmat TIEL 2180002 mukaisesti.

Kokonaisvarmuuslukumenetelmää ja sallittujen jännitysten menetelmää voi-daan myös käyttää pohjarakenteen rakenteellisen kestävyyden mitoituk-seen. Lisäksi sitä suositellaan käytettäväksi alustavissa mitoitustarkastelus-sa ja monimutkaisen mitoituksen lopputuloksen tarkastelussa.

4.2 Koekuormitukset ja mallikokeet

Suunnittelu voi perustua koekuormituksiin tai mallikokeisiin, kun tulostentulkinnassa on otettu huomioon Eurocode 7:n esistandardissa ENV 1997-1esitetyt periaatteet. Periaatteiden noudattaminen edellyttää, että kokeensuunnittelussa otetaan huomioon laskentamalli, jonka avulla koetulosta ver-rataan tehdyn analyysin tuloksiin. Teiden pohjarakenteiden suunnittelussatavanomaisia rakenteita, joiden suunnittelun tulisi perustua koekuormituksiinovat:

− paalujen geotekninen kantavuus

− paalujen ehjyys

4.3 Seurantamenetelmä

Koska maan ja rakenteiden geoteknisen käyttäytymisen luotettava arviointion usein vaikeaa, voidaan suunnittelussa soveltaa niin sanottua”seurantamenetelmää”, jonka periaatteet on esitetty Eurocode 7:n esistan-dardissa ENV 1997-1. Seurantamenetelmä edellyttää hyvin yksityiskohtaistadokumentoitua analyysiä maan ja rakenteiden toiminnasta sekä jännitys- jasiirtymätilaraja-arvojen määrittämistä ennen rakennustyön aloittamista sekäseurantamittausten suunnittelua ja seurantamittauksia rakennusvaiheittain.Toimenpiteet, joihin on ryhdyttävä raja-arvojen ylittyessä on suunniteltavaennakkoon. Seurantamenetelmää voidaan soveltaa muun muassa:

− painumiin ja siirtymiin− jännityksiin ja voimiin− maanpaineeseen− pohjaveden alennukseen− huokospaineeseen− tärinään

26 Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteetMITOITUSMENETELMÄT

4.4 Ohjeisiin ja standardeihin perustuva suunnittelu

Suunnittelu perustuu ohjeissa ja standardeissa esitettyihin määräyksiin jos eiole käytettävissä tarkoituksenmukaista laskentamallia. Teiden pohjaraken-teiden suunnittelussa tavanomaisia tehtäviä, joissa suunnittelu pääsääntöi-sesti perustuu Tiehallinnon ohjeissa esitettyihin arvoihin ovat:

− paalujen minimietäisyydet

− maahan sijoitettavien pysyvien teräsrakenteiden korroosio

− tärinän huomioon ottaminen

− melu ja pöly

− ympäristön suojelu

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet 27MAAKERROSTEN JA PENGERMATERIAALIEN GEOTEKNISET OMINAISUUDET

5 MAAKERROSTEN JA PENGERMATERIAALIEN GEO-TEKNISET OMINAISUUDET

5.1 Maan ja murskaustuotteiden geoteknisten ominaisuuksienmääritys

Rakennuspaikan geotekniset maakerrokset on aina selvitettävä suunnittelu-vaiheen ja suunnittelutehtävän edellyttämällä riittävällä tarkkuudella ja riittä-vän luotettavilla menetelmillä.

Jos rakennuspaikalla on pehmeitä hienorakeisia tai eloperäisiä maalajeja onkustakin geoteknisestä maakerroksesta aina otettava vähintään häiriintynytmaanäyte maakerroksen vesipitoisuuden määrittämistä ja silmämääräisenmaalajiarvion tekemistä varten.

Muiden luonnontilaisten maakerrosten, täyttöjen ja rakennettavien maara-kennekerrosten geotekniset ominaisuudet voidaan määrittää myös epäsuo-rilla menetelmillä, mutta määrityksen on aina vastattava suunnittelutehtävänedellyttämää tarkkuutta ja käytettävien menetelmien on oltava riittävän luo-tettavia.

Materiaalin ominaisuutta määritettäessä on aina otettava huomioon olosuh-teet kuten roudan sulaminen, maan jäätyminen ja häiriintyminen, jotka saat-tavat vaikuttaa määritettävään ominaisuuteen.

Liitteessä 5 on annettu ohjeita eri määritysmenetelmien käytöstä.

5.2 Luokitusominaisuudet

Luokitusominaisuuksien määrityksessä noudatetaan julkaisussa Eurocode 7:Geotechnical design - Part 2: Design assisted by laboratory testing annettujamäärityksiä ja ohjeita.

Laboratoriomääritysten yksityiskohtaisten suoritustapojen osalta noudate-taan vastaavasti Suomen Geoteknillinen Yhdistys ry:n julkaisussa Geotekni-set laboratorio-ohjeet, GLO-85 annettuja ohjeita.

Maalajeista, joista ei saada häiriintymättömiä näytteitä (karkearakeisetmaalajit ja moreenit), tiiveys on arvioitava epäsuorilla menetelmillä. Liittees-sä 5 on esitetty määritykseen soveltuvia menetelmiä.

28 Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteetMAAKERROSTEN JA PENGERMATERIAALIEN GEOTEKNISET OMINAISUUDET

5.3 Lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määritysmene-telmät

5.3.1 Savi, savinen siltti ja lieju

Laboratorio- ja in-situ –mittaukset

Savi ja savinen siltti sekä monissa tapauksissa myös lieju ovat maalajeja,joista on yleensä mahdollista ottaa rakenteeltaan kohtuullisen häiriintymät-tömiä maanäytteitä. Tällaisten maalajien lujuus- ja muodonmuutosominai-suudet voidaan määrittää luotettavimmin sekä suljetussa että avoimessa ti-lassa tehtävin laboratoriokokein.

Laboratoriokokeiden suoritusohjeet on esitetty julkaisuissa:

− Suomen Geoteknillinen Yhdistys ry ”Geotekniset laboratorio-ohjeet,GLO-85”.

− Kansainvälisen geoteknisen yhdistyksen ISSMGE:n alakomitean ETC5julkaisu ”Standardisation of laboratory testing”

Siipikairauksella voidaan määrittää suljetun tilan leikkauslujuus luotettavastiin-situ. Siipikairauksen suoritusohjeet on esitetty Suomen Geoteknillinen Yh-distys ry:n julkaisussa Kairausopas II, Siipikairaus (1995).

Maalajiin, indeksiominaisuuksiin ja kairaustuloksiin perustuvat arviot

Kairausmenetelmistä sitkeän tai kovan saven, savisen siltin ja ominaisuuk-siltaan näitä vastaavien liejujen lujuusominaisuuksien arvioimiseen soveltuupuristinkairaus ja pressometrikoe. Näillä menetelmillä voidaan saavuttaariittävä tarkkuus, mutta tulokset eivät yleensä ole yhtä luotettavia kuin labo-ratoriomenetelmillä tai siipikairauksella määritetty suljettu leikkauslujuus. Pu-ristinkairauksen käyttö edellyttää yleensä kairausvastuksen ja määritettävänominaisuuden paikallisen vuorosuhteen tarkistamista. Puristinkairalla tehtä-vän pysäytyskokeen avulla voidaan arvioida myös maan vedenläpäisevyyttä.

Ohjeet puristinkairauksen suoritukseen ja tulosten tulkintaan on esitettySuomen Geoteknillinen Yhdistys ry:n julkaisussa Kairausopas VI, Puristin-kairaus, Puristinheijarikairaus.

Hienorakeisten maakerrosten suljetun tilan leikkauslujuutta voidaan arvioidalikimääräisesti myös maakerroksen esikonsolidaatiojännityksen ja maalajinplastisten ominaisuuksien perusteella kuten liitteessä 5 on esitetty.

Vaikka maakerroksen vesipitoisuus indikoi maan kokoonpuristuvuutta, eimuodonmuutosominaisuuksia voida luotettavasti määrittää vesipitoisuudenperusteella ellei näiden paikallista vuorosuhdetta tunneta.


5.3.2 Siltti ja hiekka

Laboratorio- ja in-situ -mittaukset

Koska rakenteeltaan häiriintymättömien maanäytteiden saaminen erityisestisyvältä karkeasta siltistä ja hiekasta on normaaleilla näytteenottotekniikoillamahdotonta, joudutaan niille laboratorio-olosuhteissa tehtävissä lujuus- jamuodonmuutosominaisuuksien määrityksissä käyttämään häiriintyneestänäytemateriaalista sullomalla valmisteltuja näytteitä. Maakerroksen in-situtiiviystila on tällöin määritettävä radiometrisillä menetelmillä tai arvioitavaepäsuorasti esimerkiksi kairaustulosten perusteella. Laboratoriokokeisiin pe-rustuvien määritysten luotettavuus riippuu erityisesti maakerroksen tiiviysti-lan määrityksen tarkkuudesta.

Luotettavin laboratoriokoemenetelmä karkealle siltille ja hiekalle tehtävissälujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määrityksissä on konsolidoituavoin kolmiaksiaalikoe eli CD-koe.

Ohjeita myös laboratorio-olosuhteissa valmistelluille näytteille tehtävien kol-miaksiaalikokeiden suorituksesta on annettu kansainvälisen geoteknisen yh-distyksen ISSMGE:n alakomitean ETC5 julkaisussa Standardisation of labo-ratory testing.

Suoraan siltti- tai hiekkamaakerroksesta tehtäviin muodonmuutosmoduulinmäärityksiin soveltuvia in-situ -koemenetelmiä ovat staattinen levykuormi-tuskoe, pudotuspainomittaus sekä pressometrikoe ja ruuvilevykoe. Moduuli-en määritys on tehtävä ko. jännitys- ja muodonmuutostasoa vastaavasti.

Suoritusohjeita levykuormituskokeen tekemiseen on annettu Tielaitoksenjulkaisussa Rakentamisen laadunvarmistus, Alusrakenne ja päällysraken-teen sitomattomat kerrokset, TIEL 2220003. Ohjeita pressometrikokeen suo-ritukseen ja tulosten tulkintaan on annettu julkaisussa Eurocode 7: Geotech-nical design – Part 3, Design assisted by field testing. Ruuvilevykokeidensuoritusta on puolestaan esitelty Helsingin kaupungin geoteknisen osastontiedonannossa numero 42 Korpi, J. In-situ -kuormituskoe painumien määrit-tämiseksi.


Siltti- ja hiekkamaakerrosten lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien epä-suoraan arviointiin parhaiten soveltuva kairausmenetelmä on puristinkairaus.Ohjeita puristinkairauksen suoritukseen ja tulosten tulkintaan on esitettySuomen Geoteknillinen Yhdistys ry:n julkaisussa ”Kairausopas VI, Puristin-kairaus, Puristinheijarikairaus”.

Puristin-, paino- ja heijarikairauksen yhteydessä havaitun kairausvastuksenperusteella siltti- ja hiekkakerrosten kitkakulmaa ja muodonmuutosominai-suuksia voidaan arvioida liitteen 5 taulukon 10.1 mukaisesti. Taulukossaesitetyt tiiviin tilan kitkakulma-arvot eivät kuitenkaan aina edusta suurintamahdollista kyseessä olevalla maalajilla tavattavaa kitkakulman huippuar-voa.


Ohjeissa ja käsikirjoissa julkaistut arvot

Siltti- ja hiekkamaakerrosten kitkakulmaa voidaan suuntaa-antavasti arvioidaSuomen Rakennusinsinöörien Liitto r.y.:n julkaisussa RIL 121-1988, Pohja-rakennusohjeet esitetyllä tavalla taulukon 1 mukaisesti.

Taulukko 1. Siltin ja hiekan kitkakulman arviointi Pohjarakennusohjeiden mukai-sesti.

Kitkakulman ominaisarvo (º)Maalaji Rakeisuusjakautumanmuoto

RaemuotoLöyhä tila Hyvin tiivis tila

Pyöristynyt 27 ≤ 33LajittunutSärmikäs 30 ≤ 36Pyöristynyt 27 ≤ 35

Siltti

SuhteistunutSärmikäs 30 ≤ 38Pyöristynyt 30 ≤ 38LajittunutSärmikäs 33 ≤ 41Pyöristynyt 30 ≤ 41

Hiekka

SuhteistunutSärmikäs 33 ≤ 44

5.3.3 Sora, moreenit ja murskaustuotteet


Sora- ja moreenimaalajien sekä murskaustuotteiden lujuus- ja muodon-muutosominaisuudet määritetään luotettavimmin laboratoriossa kolmiaksi-aalikokeella. Kokeiden käyttöön liittyviä rajoittavia tekijöitä on esitetty liittees-sä 5. Laboratoriokokeisiin perustuvien määritysten luotettavuus riippuu eri-tyisesti maakerroksen tiiviystilan määrityksen tarkkuudesta.

In-situ –mittausmenetelmistä soran, moreenien ja murskaustuotteiden pa-lautuvaa muodonmuutoskäyttäytymistä kuvaava moduuliarvo voidaan mää-rittää levykuormituskoetta tai pudotuspainomittausta käyttäen. Suoritusoh-jeita näiden mittausten tekemiseen on annettu Tielaitoksen julkaisussa Ra-kentamisen laadunvarmistus, Alusrakenne ja päällysrakenteen sitomattomatkerrokset, TIEL 2220003.


Puristin-, paino- ja heijarikairauksen yhteydessä havaitun kairausvastuksenperusteella sora- ja moreenimaalajien kitkakulmaa ja muodonmuutosominai-suuksia voidaan arvioida liitteen 5 taulukon 10.2 mukaisesti. Taulukossaesitetyt tiiviin tilan kitkakulma-arvot eivät kuitenkaan aina edusta suurintamahdollista kyseessä olevalla maalajilla tavattavaa kitkakulman huippuar-voa.



Myös soran kitkakulmaa voidaan suuntaa-antavasti arvioida Suomen Ra-kennusinsinöörien Liitto r.y.:n julkaisussa RIL 121-1988, Pohjarakennusoh-jeet esitetyllä tavalla taulukon 2 mukaisesti. Mikäli moreenimaalaji sisältääenintään 30 % hienoainesta (alle #0,063 mm), voidaan sille käyttää vastaa-van karkearakeisen maalajin kitkakulman arvoa taulukosta 1 tai 2.

Taulukko 2. Soran kitkakulman arviointi Pohjarakennusohjeiden mukaisesti.

Kitkakulman ominaisarvo (º)Maalaji Rakeisuusjakautuman muoto

RaemuotoLöyhä tila Hyvin tiivis tila

Pyöristynyt 32 ≤ 41LajittunutSärmikäs 35 ≤ 44Pyöristynyt 32 ≤ 45

Sora

SuhteistunutSärmikäs 35 ≤ 48

5.3.4 Louhe

Normaalisti ainoa tapa arvioida louheen lujuus- ja muodonmuutosparamet-rejä on tehdä se epäsuorasti materiaalin rakeisuusjakautumaan ja tiiviysti-laan perustuen. Likimääräisesti arviointi voidaan tehdä liitteen 5 taulukon10.4 mukaisesti.

Pengerretty tai kaivettu kuormittamaton louheluiska voidaan suunnitellatehtäväksi enintään löyhän tilan kitkakulmaa vastaavan kaltevuuteen eli1:1,25.

Eri aikoina tehtyjen louhepenkereiden rajapinnalla kitkakulman arvo on ainaotaksuttava löyhää tilaa vastaavan kitkakulman suuruiseksi. Jos vanhan lou-hepenkereen pinta lisäksi on louhetta hienorakeisemman maa-aineksenpeittämä, on kitkakulma otaksuttava tälle maalajille löyhässä tilassa omi-naista kitkakulmaa vastaavaksi. Vastaavasti, jos vanhan louhepenkereensisällä on runsaasti louhetta hienorakeisempaa maa-ainesta, on louhepen-kereen kitkakulma otaksuttava tätä maalajia vastaavaksi riippumatta siitä,miltä louhepenkereen pinta näyttää.

Louhetäytön kitkakulman ominaisarvoksi paljasta sileää kalliopintaa vastensaa tiiviilläkin louheella otaksua enintään 25 astetta.

5.3.5 Turpeet


Turvemaalajien lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksia voidaan luonnehtiahyvin vaikeasti hallittaviksi, koska normaaleista kivennäismaalajeista poike-ten turpeessa tapahtuu aina myös hidasta maatumista.


Laboratoriotutkimusmenetelmistä maatuneen turpeen lujuus- ja muodon-muutosominaisuuksien määrittämiseen soveltuvat sekä riittävän suurellanäytekoolla tehtävät ödometri- että kolmiaksiaalikokeet.

Turpeen sisältämän kiintoaineksen eloperäisyydestä johtuen sen lujuus- jamuodonmuutosominaisuudet ovat voimakkaasti kuormitusnopeudesta riip-puvaisia.

Heikosti ja keskinkertaisesti maatuneiden turpeiden kuituisesta rakenteestajohtuen laboratoriossa tehtävät lujuusmääritykset antavat yleensä liian opti-mistisen kuvan turpeen lujuusominaisuuksista.

In-situ -mittausmenetelmistä maatuneen turpeen suljetun tilan leikkauslujuu-den likimääräiseen määrittämiseen voidaan käyttää siipikairausta. Määritys-tulosta on tällöin redusoitava vähintään hyvin plastisille saville tehtävää re-dusointia vastaavalla tavalla.


Turpeen lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksia ei voida likimääräisestikäänarvioida muiden in-situ mittausten tai kairaustulosten kuin siipikairauksen pe-rusteella. Turvekerroksen paksuuden määritykseen ja hyvin maatuneen tur-peen lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien karkeaan haarukointiin voi-daan käyttää puristinkairausta (CPTU), kun kairan mittaustarkkuus on riittä-vän hyvä. Ohjeita puristinkairauksen suoritukseen on annettu SuomenGeoteknillinen Yhdistys ry:n julkaisussa Kairausopas VI, Puristinkairaus, Pu-ristinheijarikairaus.

Turpeen geoteknisiä ominaisuuksia on esitelty julkaisussa: SGI Information6, Torv – Geotekniska egenskaper och metoder, 1988.

5.4 Koetulosten tulkinta

5.4.1 Moduuliarvojen määritys

Maamateriaalien muodonmuutosmoduulit on aina pyrittävä määrittämäänkoemenetelmillä, jotka mahdollisimman hyvin vastaavat kulloisessakinkuormitustilanteessa toteutuvaa muodonmuutostasoa.

Mitoituksessa käytettäviä muodonmuutosmoduuleja valittaessa on lisäksihuomioitava:

− Jännitystilan vaikutus (hydrostaattisen ja deviatorisen jännitystilakom-ponentin vaikutus)

− Näytteen häiriintyneisyyden vaikutus

− Koetekniikan vaikutus

Näitä seikkoja on tarkemmin käsitelty liitteessä 5.

Maakerroksen ominaisarvon valinnassa on otettava huomioon määritysme-netelmän luotettavuus.


5.4.2 Painumakokeet

Painumakokeiden suoritustavat

Hienorakeisten maalajien konsolidaatio-ominaisuuksien määrittämiseenkäytettävä painumakoe, ödometrikoe, voidaan tehdä sekä portaittaiseen ettäportaattomaan kuormituslisäykseen perustuvia koemenetelmiä käyttäen.Sekundääripainuman laskennassa tarvittavat parametrit voidaan määrittäävain riittävän pitkäaikaisin kuormitus-portain tehtävillä ödometrikokeilla.

Suunnittelutehtävissä, joissa vaaditaan suurta tarkkuutta tai painuma-analyysin tuloksella on merkittävä kustannusvaikutus, tulisi tehdä portaatto-maan kuormituslisäykseen perustuvien kokeiden lisäksi rinnakkaiskokeitaportaittaisella kuormituksella.

Portaittaiseen kuormituslisäykseen perustuvan ödometrikokeen suoritusoh-jeita on esitetty kansainvälisen geoteknisen yhdistyksen ISSMGE:n alako-mitean ETC5 julkaisussa ”Standardisation of laboratory testing”.

Portaattomaan kuormituslisäykseen perustuvan koemenetelmän suoritusta-poja on käsitelty muun muassa julkaisussa Kolisoja, P. Maan mekaanistenominaisuuksien automatisoitu määrityslaitteisto.

Painumalaskelman suoritustavat

Tavanomaisimmat tavat maakerroksen odotettavissa olevan konsolidaa-tiopainuman laskemiseen ovat Janbun muodonmuutosfunktioon perustuvatangenttimoduulimenetelmä, muun muassa Ruotsissa yleisesti käytettäväkokoonpuristuvuusmoduuliarvojen suoraan soveltamiseen perustuva las-kentamenetelmä sekä kokoonpuristuvuusindeksin Cc käyttöön perustuvamenetelmä.

Painumalaskentamenetelmiä on kuvattu lyhyesti liitteessä 5. Yksityiskohtai-semmin erilaisia konsolidaatiopainuman laskentatapoja ja niiden mahdollisiavirhelähteitä on käsitelty julkaisussa Painumalaskentamenetelmien käyttö-kelpoisuuden arviointi, TIEL 3200630.

Erityistä huomiota tulee kiinnittää laskentaparametrien tulkintaan laborato-riokoetuloksista ja ominaisarvon valintaan.

Koetulosten nopeusriippuvuus

Hienorakeisten maalajien reologisesta luonteesta johtuen painumakokeidenkuormitusnopeudella on selvä vaikutus kokeen tuloksiin. Kuormitusnopeu-den mahdollinen vaikutus on aina otettava huomioon sovellettaessa ödomet-rikokeen tuloksia painumalaskentaan.

Janbun muodonmuutosfunktion käyttöön perustuvassa painumalaskennassakuormitusnopeus huomioidaan liitteessä 5 ja ohjeessa Maanvarainen tie-penger savikolla - Suunnitteluohje, TIEL 3200276 esitetyllä empiirisellä me-nettelyllä.


Suositeltavat painumakokeen koenopeudet

Jotta näytteeseen kehittyvä huokosvedenpaine ei portaattomaan kuormitus-lisäykseen perustuvien ödometrikokeiden yhteydessä kohoaisi kohtuuttomansuureksi, tulee koenopeus valita tutkittavan maanäytteen konsolidoitumisno-peutta vastaavaksi. Suositeltavat koenopeudet on esitetty liitteessä 5.

Lievästi ylikonsolidoituneet maakerrokset

Jos painumakokeiden perusteella lievästi ylikonsolidoituneiksi arvioitujenmaakerrosten esikonsolidaatiojännityksen mitoitusarvo valitaan vallitsevantehokkaan pystyjännityksen suuruiseksi, saattaa tästä aiheutua painumalas-kelmaan merkittävä virhe (liite 5).

Näytteen häiriintyneisyyden vaikutus

Näytteen häiriintyneisyys vaikuttaa aina myös painumakokeen tuloksiin, mi-kä on huomioitava koetulosten tulkinnassa.

Jos rakenteeltaan häiriintymättömiä maanäytteitä ei ole mahdollista ottaa,suositellaan painumakoenäytteen esikonsolidointia maakerroksen luonnon-tilaista jännitystasoa vastaavalla kuormituksella.

Maakerroksen ylikonsolidoituneen alueen painumalaskenta on suositelta-vinta tehdä painumakokeen palautusvaiheen tai mahdollisen uudelleen-kuormitusvaiheen yhteydessä havaittuun käyttäytymiseen perustuvia las-kentaparametreja käyttäen. Kuormitus, josta palautus tehdään, ei tällöinkuitenkaan saa olla kohtuuttoman suuri suhteessa maakerroksen esikonso-lidaatiojännitykseen.

5.4.3 Lujuusominaisuuksien määritys

Kuormitussuunnalla, kuivatusolosuhteilla sekä muodonmuutostasolla ja kon-solidaatiotilalla on merkittävä vaikutus maassa vallitseviin lujuusominaisuuk-siin.

Lujuusominaisuuksia määritettäessä tulee nämä tekijät huomioida liitteessä5 esitettyjä suuntaviivoja noudattaen.


Kun maakerroksen lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksia pyritään arvioi-maan epäsuorasti maalajiin, indeksiominaisuuksiin tai kairaustuloksiin pe-rustuvia riippuvuuksia käyttäen, on riippuvuuksien johtamiseen liittyneidenolosuhteiden mahdollinen poikkeavuus tarkasteltavana olevasta tilanteestaaina otettava huomioon. Jos riippuvuuksien johtamiseen liittyneitä olosuh-teita ei kuitenkaan tunneta eikä niitä ole mahdollista selvittää, on olosuhteetjäljempänä käsiteltävien muuttujien osalta aina otaksuttava siten, että lujuus-ja muodonmuutosparametrien arvioinnissa päädytään varovaiselle puolelle.


Määrityksessä tulee huomioida liitteen 5 mukaisesti:

− jännitys- ja muodonmuutostason vaikutus

− tiiviystilan vaikutus

− kosteustilan vaikutus

− rakeisuuden vaikutus

− raemuodon vaikutus

5.4.4 Maakerroksen ominaisarvon määrittäminen

Geoteknisen maakerroksen ominaisuuden ominaisarvolla tarkoitetaanyleensä tarkasteltavan raja-tilaan nähden ominaisuuden varovaista keskiar-voa. Kyseessä olevan ominaisuuden geotekninen mitoitusarvo saadaan ja-kamalla ominaisarvo asianomaisella varmuusluvulla.

Ominaisarvo määritetään varovaisena keskiarvona joko suoraan in-situ- tailaboratoriomittaustulosten perusteella teoreettisesti johdetuista arvoista taimittaustuloksiin liittyvien kokemusperäisten riippuvuuksien perusteella joh-detuista arvoista. Esimerkiksi maa-ainesten lujuus- ja muodonmuutosomi-naisuuksien määritykseen käytettävät in-situ- ja laboratoriomittaukset ontällöin luonnollisesti tehtävä kappaleissa 5.4.1 – 5.4.3 esitetyt koeolosuhtei-siin ja kokeiden suoritustapoihin liittyvät seikat huomioon ottaen. Muun mu-assa suljetun tilan leikkauslujuuksiin on vastaavasti tehtävä asianomaistenmenetelmäohjeiden edellyttämät redusoinnit ennen leikkauslujuuden omi-naisarvon määrittämistä.

Varovaisen keskiarvon määrittämisessä erityisesti huomioon otettavia seik-koja ovat rinnakkaisten mittaushavaintojen lukumäärä, vertailukelpoinen ko-kemus vastaavista pohjasuhteista sekä kyseessä olevaan ominaisuudenmääritysmenetelmään liittyvät virheet, tilastollinen hajonta ja mahdollinensystemaattinen virhe. Muita maakerroksen geoteknisen ominaisuuden omi-naisarvon valinnassa huomioon otettavia seikkoja ovat muun muassa geo-teknisen rakenteen toimintaa tarkasteltavassa tilanteessa määräävän maa-vyöhykkeen laajuus ja sen suhde in-situ- tai laboratoriomittausten edusta-man maavyöhykkeen laajuuteen, ajan mukana maakerrosten ominaisuuk-sissa mahdollisesti tapahtuvat muutokset sekä tehtävien rakennustöidenmahdolliset vaikutukset maakerrosten in-situ -ominaisuuksiin.

Jos laboratorio- tai in-situ –mittauksiin perustuvia havaintotuloksia on riittä-västi, on ominaisarvon määrittäminen suositeltavaa tehdä havaintotulostentilastollista käsittelyä käyttäen. Ominaisuuden ominaisarvona voidaan tällöinkäyttää arvoa, jonka havaintotulosten keskiarvo alittaa enintään 5 % toden-näköisyydellä. Esimerkki geoteknisen maaparametrin ominaisarvon määrit-tämisestä mittaushavaintojen tilastolliseen käsittelyyn perustuen on esitettymuun muassa Suomen Rakennusinsinöörien Liitto ry:n julkaisun RIL 207-1998, Geotekninen suunnittelu, Euronormi liitteessä H.


5.5 Maan ominaisuudet dynaamisessa ja syklisessä kuormituk-sessa

Mitoitustilanteen olosuhteiden huomioon ottaminen

Maan ominaisuudet myös dynaamisia ja syklisiä kuormitustilanteita vartenon määritettävä mahdollisimman tarkoin mitoitustilanteen todellisia olosuh-teita vastaavalla jännitys-, muodonmuutos- ja taajuustasolla laboratorio-olosuhteissa tai in-situ. Näillä menetelmillä saadaan myös luotettavimmattulokset. Helpoissa ja pienimuotoisissa kohteissa ominaisuudet voidaankuitenkin arvioida myös epäsuorasti tavanomaisten staattisten kokeiden tu-losten perusteella.

Dynaamisten ja syklisten ominaisuuksien määritysmenetelmät

Maamateriaalin muodonmuutos- ja vaimennusominaisuudet voidaan labo-ratorioissa määrittää:

− resonant column -menetelmällä.

− syklisellä kolmiaksiaalikokeella

Maamateriaalin muodonmuutosominaisuuksia voidaan lisäksi määrittää:

− seismisillä menetelmillä kentällä

− bender element -kokeella laboratoriossa

Koemenetelmien soveltuvuutta eri kuormitustilanteita vastaavien ominai-suuksien määrittämiseen on käsitelty liitteessä 5.

Dynaamisten ja syklisten ominaisuuksien epäsuora arviointi

Maamateriaalien dynaamisia ominaisuuksia voidaan arvioida epäsuorastijoko laboratoriossa tehtyjen staattisten kolmiaksiaalikokeiden, maalajin in-deksiominaisuuksien, erilaisten kairausmenetelmien yhteydessä havaitunkairausvastuksen tai kairausvastuksen perusteella arvioidun kitkakulman pe-rusteella. Lisäksi dynaamisten ominaisuuksien arviointiin voidaan käyttäämyös esimerkiksi pressometrikokeen tuloksiin liitettyjä kokemusperäisiä riip-puvuuksia.

Syklisesti toistuvan vaakakuormituksen alaisena olevien porttaali- ja melu-seinärakenteiden perustusten mitoituksessa usein käytettävien alustalukujenarviointia on käsitelty muun muassa Tielaitoksen julkaisussa Teräsputki-paalut, TIEL 2173448-99.


5.6 Routimisominaisuudet

Maalajien routivuuden arviointiin soveltuvia laboratoriotutkimusmenetelmiäovat rakeisuusjakautuman määrittäminen, kapillaarisen nousukorkeudenmittaaminen sekä varsinainen routanousukoe.

Routanousukokeeseen perustuvia tuloksia tai routanousuhavaintoihin pe-rustuvia maan routanousuominaisuuksia voidaan käyttää vain maarakentei-den routatekniseen mitoitukseen.

Liitteessä 5 on esitetty routivuuden arviointimenetelmät.

Tien päällysrakenteen suunnitteluun liittyvä routatekninen suunnittelu teh-dään Tie- ja liikenneteknisten ohjeiden mukaan (Teiden suunnittelu IV Tienrakenne).

38 Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteetRAKENNUSMATERIAALIEN OMINAISUUDET GEOTEKNISESSÄ

SUUNNITTELUSSA

6 RAKENNUSMATERIAALIEN OMINAISUUDET GEO-TEKNISESSÄ SUUNNITTELUSSA

Rakennusmateriaalien ominaisuudet määritellään suunnitelmassa ja ne sel-vitetään tilaajan hyväksymillä kokeilla. Selvitykseen tulee tällöin sisältyä:

− ennakkokokeet

− työnaikaiset laaduntarkkailukokeet

Koemenetelmä tulee valita sellaiseksi, että materiaali testataan olosuhteissa,joka vastaa lopullista rakennetta eri rasitustilanteissa. Kokeiden lukumääräntulee olla riittävä materiaaliominaisuuksien vaihtelun selvittämiseksi.

Ennakkokokeet voidaan korvata materiaalivalmistajan toimittamilla tiedoilla,mikäli ne edustavat materiaalin ominaisuuksia suunnitelluissa olosuhteissatai Tiehallinnon ohjeet eivät edellytä ennakkokokeita.

Mikäli rakennusmateriaalin ominaisuuksia ei erikseen tutkita, voidaan käyt-tää liitteessä 6 esitettyjä materiaalien tiheyden, tilavuuspainon sekä lujuus-ja muodonmuutos ominaisuuksien ominaisarvoja. Arvoja voidaan soveltaavakavuus- ja painumalaskelmissa. Käytetyn arvon soveltuvuus varmistetaantarvittaessa rakentamisvaiheen alussa suunnitelmassa esitettävällä tavalla.Tierakenteen kevennysmateriaalien ja tien päällysrakennemateriaalienosalta noudatetaan Tiehallinnon liikenne- ja tieteknisiä ohjeita.

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet 39ULKOISET KUORMAT

7 ULKOISET KUORMAT

7.1 Noudatettavat ohjeet

Kuormien ominaisarvojen määrittämisessä noudatetaan ohjeita:

− Pohjarakennusohjeet RIL 121-1988

− Rakenteiden kuormitusohjeet RIL 144-1997

− Siltojen kuormat TIEL 2172072-1999

− Rakennuskaivanto-ohje RIL 181-1989

− Teiden suunnittelu V 3. Meluesteet TIEL 2140013 -97

− Teiden meluesteet. Muut kuin akustiset ominaisuudet. SFS-EN 1794-1

Kuormituksien huomioon ottamista tarkennetaan tässä ohjeissa.

Tämä ohje on laadittu Suomen rakentamismääräyskokoelman perinteisenvarmuustarkastelun mukaisesti. Rakentamismääräyskokoelman mukaistamenettelyä ei saa käyttää yhdessä eurocodien kanssa.

Vaihtoehtoisesti voidaan soveltaa eurocodien mukaista menettelyä, jolloinsovelletaan julkaisuja RIL 201 – 209. Eurocodien kuormia käsittelee julkaisu:Suunnitteluperusteet ja rakenteiden kuormat, Eurocode, osat 1, 2-1,2-3 ja2-4, RIL 201 –1999. Teiden pohjarakenteiden suunnittelutehtävien kannaltaeurocodet eivät kata kaikkia yleisimmistä suunnittelutehtävistä. Silloissa eivielä voi käyttää Eurocodea. Eurocodeihin perustuvaa mitoitusta voidaankäyttää siltojen suunnittelussa vain jos näin on tilaajan kanssa etukäteen so-vittu.

7.2 Maarakenteisiin, maaleikkauksiin sekä pohjarakenteisiinkohdistuvat kuormat

7.2.1 Liikennekuorma maarakenteille

Siltojen sekä muiden tierakenteisiin liittyvien betoni- ja teräsrakenteidensuunnittelussa sovelletaan julkaisussa Siltojen kuormat TIEL 2172072-99esitettyjä liikennekuormituksia. Teiden pohjarakenteiden suunnittelussa voi-daan yleensä soveltaa pienempiä liikennekuormituksia, jolloin laaja-alaisissavakavuus- ja maanpainetarkasteluissa käytetään tasaisen pintakuormanominaisarvona 10 kN/m2. Tällöin työkone- ja muut työnaikaiset kuormitukset,kuten varastointikuormat, on otettava erikseen huomioon.

Erikseen harkittaessa, esimerkiksi raskaiden kuormitusten väylillä, käytetäänsuurempia, lähinnä julkaisussa Siltojen kuormat TIEL 2172072-99 esitettyjäkuormituksia.

40 Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteetULKOISET KUORMAT

7.2.2 Liikennekuorma maassa oleville pohjarakenteille

Pystysuoran pistemäisen liikennekuorman vaikutus maassa olevaan pohja-rakenteeseen kuten paalulaattaan ja pengerhatturakenteeseen voidaan ot-taa huomioon pintakuorman ominaisarvona kuvan 1 tai taulukon 3 mukai-sesti. Taulukon kuormitukset määräytyvät pistekuorman perusteella, jonkaon otaksuttu jakautuvan penkereen päältä kaltevuudessa 2:1. Alle 1,5 mpengerkorkeuksilla (H) on liikennekuorman suuruus ja jakautuminen selvi-tettävä tarkemmin. Yli 6 m korkeilla penkereillä ja alueilla, joille voi kohdistuasatunnaista liikennekuormaa (kuten moottoritien keskikaista) liikennekuor-masta aiheutuvan pintakuorman ominaisarvo on vähintään 10 kN/m2. Työn-aikaiset kuormitukset, kuten liikkuminen keskeneräisen rakenteen päällä, onotettava erikseen huomioon.

Kuva 1. Liikennekuorman q syvyydessä H aiheuttama tasainen kuorma.

Taulukko 3. Pistemäisen liikennekuorman muuttaminen pintakuorman ominaisar-voksi kevyen liikenteen penkereellä.

PengermassankorkeusH [m]

Kevyen liikenteen pengerq [kN/m2]

1,5 10

2 9

3 7

4 5

>5 5


7.2.3 Työkonekuormat

Suunnitelmassa on esitettävä mitoituksessa käytetyt työkoneiden kuormat.

Rakenteiden kuormitusohjeissa RIL 144-1997 luvussa 5.52 on esitetty joita-kin työkonekuormia. Rakennusaikaiset työkonekuormitukset on määritettäväerikseen. Raskaita työkoneita, joiden kuormat ovat Rakenteiden kuormi-tusohjeissa esitettyjä suurempia voivat olla: raskaat autonosturit, dumpperit,kaivinpaalutuskoneet, muut raskaat paalutuskoneet. Sysäysten vaikutusotetaan huomioon kertomalla työkonekuormitukset kertoimella 1,40. Piste-mäisten kuormien voidaan otaksua jakautuvan kaltevuudessa 2:1.

Kaivinpaalutuskoneiden kuormia arvioitaessa on otettava huomioon työput-ken maasta noston aiheuttama kuorma. Raskaiden hiertävien kaivinpaalu-koneiden kokonaispaino on noin 800 kN, joka jakautuu liikkumisen aikananoin 4x 5 m2 alueella. Kaivinpaalun teon aikana kuorma keskittyy pistemäi-sille tuille (tassut), jolloin etutassun suurin kuorma voi olla 600 kN ja takatas-sun 200 kN.

Tavanomaisten lyöntipaalutuskoneiden painon voidaan otaksua jakautuvankoneen liikkuessa 5x5 m2 suuruiselle alueelle. Tällöin tasainen pintakuormatasaisesti jakautuneena on noin 20 kPa. Työn aikana kuormitukseen vaikut-tavat ylävaunun asento teloihin nähden, keilin vaakasijainti ja keilin kallistuk-set sekä järkäleen paino. Tavallisissa käyttötilanteissa telaketjun pohjapainevaihtelee välillä 70...260 kPa.

Dumppereiden suurin kokonaispaino on yleensä noin 700 kN. Kuormastajakautuu tavallisesti noin 70 % taka-akselille, jolloin suurin akselikuorma onnoin 430 kN ja suurin pyöräkuorma 215 kN.

7.2.4 Rakenteista maalle tuleva kuormitus

Rakenteiden ja niiden kuormitusten maalle aiheuttama kuormitus eli pohja-paine lasketaan käyttö- ja murtorajatilassa Pohjarakennusohjeiden mukai-sesti.

7.2.5 Maanpaino

Maanpaino otetaan huomioon mitoituksessa liitteiden 5 ja 6 mukaisesti.

Täyttömaan painon ominaisarvona voidaan yleissuunnittelussa yleensäkäyttää 20 kN/m3. Tapauksissa, joissa tiivis maa voi kyllästyä vedellä tai ky-seessä on hyvin tiivistetty tien päällysrakenne, paino on yleensä suurempikuin 20 kN/m3. Sillan taustatäytöissä, kun lasketaan siltaan kohdistuviakuormia, käytetään täyttömateriaalin tilavuuspainona 21 kN/m3.

7.2.6 Maanpaine

Maanpainekuormitus otetaan huomioon Pohjarakennusohjeiden RIL 121-1988 ja Rakennuskaivanto-ohjeen RIL 181 - 1989 mukaisesti.


Maanpainekuorman osavarmuus otetaan huomioon maakerrosten lujuudellekäytettyjen osavarmuuskertoimien kautta. Tämän lisäksi maanpainekuor-malle ei oteta muuta varmuutta, joten osavarmuusluvuksi kuormana otetaanγ = 1,0.

Maanpainerakenteita mitoitettaessa on pintakuorman ominaisarvo 10 kN/m2.Työkone- ja varastointikuormat on otettava erikseen huomioon. Erikseenharkittaessa mitoitusarvoja suurennetaan.

Siltojen rakenteisiin vaikuttava maanpaine määritetään Pohjarakennusohjeetsillansuunnittelussa TIEL 2172068-99 ohjeen mukaisesti.

7.2.7 Vedenpaine

Vedenpaine otetaan huomioon Rakenteiden kuormitusohjeiden RIL 144-1990 kohdan 4.3 ja Pohjarakennusohjeiden luvun 13.2 mukaisesti.

Osavarmuusluku γ määritetään vedenpinnanhavaintojen perusteella Pohja-rakennus-ohjeiden luvun 6.4 mukaisesti. Osavarmuuslukua valittaessa onerityisesti kiinnitettävä huomioita mitoituksen reunaehdot määrittäviin olo-suhteisiin, kuten läheisten vesistöjen tulvakorkeuksiin, ja havaintojen luotet-tavuuteen.

7.2.8 Huokosveden ylipaine

Työnaikana muodostuva huokosveden ylipaineen vaikutus on huomioitavasuunnittelussa. Pohjarakennustöiden lähinnä paalutuksen ja syvätiivistyksenaiheuttamaa huokosveden ylipaineen laajuutta ja suuruutta on vaikea arvioi-da yksikäsitteisesti ennakkoon. Tarvittaessa on tehtävä huokospainemitta-uksia työnaikana. Mittaustulosten perusteella tehdään stabiliteettilaskentojentarkistus ja ryhdytään tarvittaviin toimenpiteisiin stabiliteetin parantamiseksi.Huokosvedenpaine on mitattava menetelmillä, joilla voidaan havaita välittö-mästi työnaikaiset nopeat muutokset. Huokosvedenpainemittausten lisäksion yleensä syytä tehdä samanaikaisesti siirtymämittauksia.

Tarvittaessa on tehtävä ennakkokokeita, esimerkiksi koepaalutuksia, huo-kosveden ylipaineen vaikutusten arvioimiseksi.

Liitteessä 7 on esitetty menettelyjä pohjarakennustöiden aiheuttamien huo-kosvedenylipaineen arvioimiseksi ja vähentämiseksi.

Pohjarakennustöiden ja kuormitusten aiheuttamat maan siirtymät on otettavahuomioon suunnittelussa. Pohjarakennustöiden aiheuttamia maan siirtymienvaikutuksia on vaikea arvioida ennakkoon luotettavasti. Mikäli rakennustyötaiheuttavat siirtymiä, jotka eivät ole hyväksyttäviä tai alueellinen tai paikalli-nen maan stabiliteetti vaarantuu, on tehtävä siirtymämittauksia. Mittaustu-losten perusteella tehdään tarvittaessa suunnitelman muutos.

Liitteessä 7 on esitetty menettelyjä pohjarakennustöiden aiheuttamien siir-tymien arvioimiseksi ja vähentämiseksi.


7.2.9 Tärinä

Rakennustöiden aiheuttama tärinäkuormitus vaakarakenteille otetaan huo-mioon taulukoiden 4 ja 5 mukaisesti. Maanpaineen muutos otetaan huomi-oon vain aktiivi- ja lepopaineessa. Väliarvot interpoloidaan. Tarvittaessa teh-dään seurantatärinämittauksia, joissa tärinää mitataan maassa rakenteenvieressä.

Taulukko 4. Tärinän aiheuttama matalataajuinen kuormitus vaakarakenteille; lii-kenne-, syvätiivistys-, pontinlyönti-, paalutus- ja hydraulivasaratärinä.

Maanpaineenlisäys (% )Heilahdusnopeus[mm/s] Koheesiomaissa kitkamaissa

5 4 810 8 1520 16 30

Taulukko 5. Tärinän aiheuttama keskitaajuinen kuormitus vaakarakenteille; lou-hinta- ja tärytiivistystärinä.

Maanpaineenlisäys (% )Heilahdusnopeus[mm/s] koheesiomaissa kitkamaissa

5 8 1510 15 30

Tärinän aiheuttama kuormitus luiskien vakavuuslaskelmissa otetaan huomi-oon taulukon 6 mukaisesti. Väliarvot interpoloidaan.

Taulukko 6. Tärinän aiheuttama kuormitus luiskan vakavuuslaskelmissa.Vaakasuuntainen kiihtyvyys otetaan huomioon koko murtuvassamaamassassa.

Liukupinnan pituus (m)5 15 30

Heilahdusnopeus(mm/s)

Vaakakiihtyvyys (m/s2)5 0,30 0,10 0,0510 0,60 0,20 0,1020 1,20 0,40 0,20

Pohjarakenteet on suunniteltava sellaisiksi, että ne voidaan toteuttaa ylittä-mättä ympäristölle ja rakenteille asetettuja tärinän ja melun raja-arvoja.Pohjarakennustöiden aiheuttamaa tärinää tai melua ja niiden vaikutuksia onvaikea arvioida ennakkoon luotettavasti. Suunnitteluvaiheessa voidaankäyttää hyväksi liitteessä 7 esitettyjä arviomenettelyjä.


Liitteessä 7 on esitetty menettelyjä pohjarakennustöiden aiheuttamien siir-tymien, huokosvedenylipaineen ja paalutusmelun arvioimiseksi ja vähentä-miseksi sekä tärinän arvioimiseksi:

− paalutustyön

− louhinnan

− pinta- ja syvätiivistyksen

− hydraulivasaran

− työmaaliikenteen

aiheuttamalle tärinälle. Lisäksi liitteessä 7 on esitetty tärinän raja-arvot jaohjeita tärinän mittaamiseksi.

Suunnitelmassa esitetään tarpeelliset vaatimukset työsuoritukselle.

7.2.10 Kuormien yhdistäminen

Kuormien yhdistäminen tehdään RIL 144 -1999 Rakenteiden kuormitusoh-jeiden kohdan 8. mukaisesti. Kuitenkin siltarakenteisiin vaikuttavien kuormi-en yhdistely tehdään Siltojen kuormat TIEL 2172072-99 ohjeen mukaan.

7.3 Varusteisiin ja laitteisiin kohdistuvat ulkoiset kuormat

Liikennemerkkien ja suunnistustaulujen kuormat määritetään Tiehallinnonliikenne- ja tieteknisten ohjeiden mukaan. Kuormien määrittämiseen voidaankäyttää Tiehallinnon Internet-sivulta löytyvää taulukko-ohjelmaa opta2.xls(http://www.tiehallinto.fi/thohje/apuval.htm).

Suunnistusporttaalien kuormat määritetään vaakasuunnassa tuulikuormanperusteella. Tuulikuorma on 1 kN/m2. Tuulikuorman dynaamisuutta ei tarvit-se ottaa huomioon.

Meluseinien kuormat on esitetty julkaisussa: Teiden suunnittelu V. Melues-teet, TIEL 2140013-97 ja suunnistustaulut ja liikennemerkit Tiehallinnon tie-ja liikenneteknisissä ohjeissa. Aurauskuormaa ei tarvitse ottaa huomioonyhtäaikaa tuulikuorman kanssa. Meluesteen omapaino on tarvittaessa mää-ritettävä myös märkänä.

Tiekaiteen pylvään- ja päätyankkurin tarvitsema tuki on määritetty törmäys-kokein ja vaatimus on osoitettu TYLT osassa Kaiteet ja tuotekohtaisissaasennusohjeissa.

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet 45TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEIDEN SUUNNITTELUKRITEERIT

8 TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEIDEN SUUN-NITTELUKRITEERIT

8.1 Alueellinen vakavuus

Rakennuspaikan alueellinen vakavuus tarkistetaan.

Pohjamaan ja rakenteiden materiaalien ominaisarvot määritetään luvun 5mukaisesti. Avo- ja pohjaveden vaihtelut ja niiden vaikutus jännitystilaan sel-vitetään.

Vakavuusanalyysiä varten määritetään työnaikaiset ja käyttötilan kuormitus-tilanteet sekä määritetään kuormille ominaisarvot. Kuormien ominaisarvot onesitetty luvussa 7.

Mitoitus tehdään rajatilamenetelmällä. Mitoituksessa tarkastellaan kaikkimääräävät kuormitustilanteet. Kuormien ja maaperän ominaisuuksien mate-riaalin osavarmuuslukuina voidaan käyttää taulukossa 7 ja 8 esitettyjä arvojatai vaihtoehtoisesti Eurocode 7:n esistandardissa ENV 1997-1 esitettyjä jakansallisessa soveltamisasiakirjassa (NAD) esitettyjä kertoimia.

Varmuustason asettamisessa voidaan kuitenkin käyttää tapauskohtaistaharkintaa, jolloin otetaan huomioon alueen stabiilisudesta saatavat havain-not sekä tarkastelussa käytettävät menetelmät ja laskelmat. Erityisesti tuleehuomioida jokilaaksot ja alueet, joissa kallion päällä on suoraan hienorakei-nen maakerros tai kallion ja hienorakeisen maakerroksen välissä on todettuvain hyvin ohut moreenikerros. Valittu varmuustaso hyväksytään tilaajantoimesta.

Laskelmat tehdään ohjeen Geotekniset laskelmat TIEL 2180002 mukaisesti.Savipehmeiköillä alustava tarkastelu voidaan tehdä φ = 0 -menetelmälläkäyttämällä ympyräliukupintoja ja yhdistettyjä liukupintoja.

Kun murtorajatila saavutetaan pienemmällä suljetun lujuuden osavarmuus-kertoimen arvolla kuin 2,5 tai olosuhteet todetaan muuten vaativiksi, tehdäänvarsinaiset laskelmat c’, φ’ –menetelmällä tai numeerisella laskentamene-telmillä. Laskelmissa käytetään c’, φ’ –menetelmää myös, jos

− alueella on tapahtunut sortumia− korkeuserot ovat suuret

c’, φ’ –menetelmällä tehtyjen laskelmien tulee perustua kolmiaksiaalikokeillamääritettyihin lujuusparametreihin. Erittäin vaativissa kohdissa olisi tehtävämyös pitkäaikaisia huokospainemittauksia maastossa.

46 Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteetTIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEIDEN SUUNNITTELUKRITEERIT

Taulukko 7. Alueellinen vakavuus. Osavarmuusluvut, kun tarkasteltavalla alueellaei ole pysyviä rakenteita.

Kuormien osavarmuusluvut Maaperän ominaisuuksien materiaalienosavarmuusluvut

Pysyvä MuuttuvaKuormitus-

tilanneEpäsuotuisa Suotuisa Epäsuotuisa

kitka[ tan ϕ’]

koheesio[c’]

suljettu leikkauslujuus [cu]

työnaikainen 1,0 1,0 1,0 1,1 1,3 1,5

käyttötila 1,0 1,0 1,0 1,2 1,5 1,8

Taulukko 8. Alueellinen vakavuus. Osavarmuusluvut, kun tarkasteltavalla alueellaon pysyviä rakenteita.




kitka[ tan ϕ’]

koheesio[c’]

suljettu leikkaus-lujuus [cu]

työnaikainen 1,0 1,0 1,0 1,2 1,5 1,8

käyttötila 1,0 1,0 1,0 1,25 1,8 2,0

Suunnitelmaraporttiin kirjataan kuormitusoletukset ja suunnitelmassa esitet-tään kuormitusten rajoitukset.

8.2 Tiepenkereen vakavuus

Tiepenkereen vakavuus tarkistetaan. Penkereen vakavuus selvitetään las-kelmilla ellei vakavuus suuruusluokkatarkastelujen perusteella ole selvästiriittävä.

Vakavuusanalyysiä varten määritetään työnaikaiset ja käyttötilan kuormitus-tilanteet sekä määritetään kuormille ominaisarvot. Kuormien ominaisarvot onesitetty luvussa 7. Vakavuustarkasteluissa on näin ollen otettava huomioonmuun muassa:

− työnaikaiset ja käyttötilan aikana tapahtuvat merkittävät painumat ja nii-den korjaus pengertä korottomalla

− vastapenkereiden käyttö− vaiheittain pengerrys− pystyojien käyttö.

Mitoitus tehdään rajatilamenetelmällä. Kuormien ja maaperän ominaisuuksi-en materiaalin osavarmuuslukuina käytetään taulukossa 9 ja 10 esitettyjäarvoja tai vaihtoehtoisesti Eurocode 7:n esistandardissa ENV 1997-1 esi-tettyjä ja kansallisessa soveltamisasiakirjassa (NAD) esitettyjä kertoimia.

Laskelmat tehdään ohjeen Geotekniset laskelmat TIEL 2180002 mukaisesti.Yksityiskohtaisia ohjeita on esitetty muun muassa julkaisussa Geotekniikaninformaatiojulkaisuja, Maanvarainen tiepenger savikolla TIEL 3200276.


Taulukko 9. Tiepenkereen vakavuus. Osavarmuusluvut, kun tarkasteltavalla alu-eella ei ole pysyviä rakenteita.




kitka[ tan ϕ’]

koheesio[c’]


työnaikainen 1,0 1,0 1,0 1,1 1,3 1,3käyttötila 1,0 1,0 1,0 1,2 1,5 1,5

Taulukko 10. Tiepenkereen vakavuus. Osavarmuusluvut, kun tarkasteltavalla alu-eella on pysyviä rakenteita.




kitka[ tan ϕ’]

koheesio[c’]


työnaikainen 1,0 1,0 1,0 1,2 1,5 1,5

käyttötila 1,0 1,0 1,0 1,25 1,8 1,8

Suunnitelmaraporttiin kirjataan kuormitusoletukset ja suunnitelmassa esite-tään kuormitusten rajoitukset.

8.3 Tieleikkauksen vakavuus

Vakavuustarkastelujen suoritusperiaatteet

Tieleikkauksella tarkoitetaan tässä yhteydessä tien ja siihen kuuluvien va-rusteiden ja laitteiden rakentamisen yhteydessä tehtäviä pysyviä maa- jakallioleikkauksia. Näiden vakavuus sekä työnaikaisessa tilanteessa ilmantien päällysrakennetta että valmiina rakenteena on tarkistettava aina. Hieno-rakeisten ja eloperäisten maakerrosten alueella vakavuus on selvitettävälaskelmilla, ellei se suuruusluokkatarkastelujen perusteella osoittaudu sel-västi riittäväksi.

Hienorakeisiin tai eloperäisiin maakerroksiin tehtävissä tieleikkauksissa, joi-den syvyys on enintään 3 m, vakavuustarkasteluksi riittää φ = 0 –menetel-mällä tehty laskelma, jos leikkausluiskan varmuus sortumista vastaan onriittävä suljetun leikkauslujuuden osavarmuuskertoimen arvolla 2,0, eikäleikkauksen vaikutusalueella sijaitse pysyviä rakenteita. Leikkausluiskankaltevuus ei saa tällöin kuitenkaan olla jyrkempi kuin 1:2,5.

Muussa kuin edellä mainitussa tapauksessa hienorakeiseen tai eloperäiseenmaakerrokseen tehtävän tieleikkauksen vakavuus on tarkistettava c’, φ’-menetelmällä tehtävällä laskelmalla, jossa käytettävät maakerrosten lujuus-parametrit perustuvat kolmiaksiaalikokeiden tuloksiin. Vaativimmissa tapa-uksissa, esimerkiksi jos luiskan sivusiirtymät ovat merkityksellisiä luiskanvaikutusalueella olevista tai sinne rakennettavista rakenteista johtuen, vaka-vuustarkastelu suositellaan tehtäväksi myös numeerisia laskentamenetelmiäkäyttäen.


Mikäli hienorakeisten tai eloperäisten maakerrosten alapuolella esiintyy kar-kearakeisia vettä johtavia kerroksia eikä karkearakeisten kerrosten yläpin-nan ja leikkauksen pohjan välinen etäisyys ole suuri, leikkauksen varmuushydraulista murtumaa vastaan on tarkistettava. Jos hydraulisen murtuma-vaaran aiheuttavan pohjavesipinnan korkeutta tarkkaillaan, kokonaisvar-muuden murtumaa vastaan on oltava vähintään 1,2. Jos pohjavesipinnankorkeutta ei tarkkailla, kokonaisvarmuuden on vastaavasti oltava vähintään1,5.

Karkearakeisiin maakerroksiin tai moreeniin tehtävien vahvistamattomientieleikkausten luiskakaltevuus ei saa olla kyseessä olevan maakerroksenjäännöskitkakulmaa suurempi. Alustavina jäännöskitkakulman arvoina voi-daan tällöin käyttää taulukoissa 1 ja 2 esitettyjä kitkakulman löyhän tilanominaisarvoja. Tarvittaessa maakerroksen jäännöskitkakulman arvo voidaanmäärittää myös tarkemmin kolmiaksiaalikokeiden tulosten perusteella.

Jos pohjaveden suotoviiva leikkaa karkearakeisiin maakerroksiin tehtävänleikkausluiskan pinnan, on pohjavettä alennettava tai leikkausluiska on suo-jattava pohjavesivirtauksen aiheuttamalta eroosiolta suodatinrakenteella. Li-säksi leikkausluiska on tarvittaessa suojattava pintavesivirtausten aiheutta-maa eroosiota vastaan.

Leikkausluiskien kuormat

Leikkausluiskien vakavuustarkasteluissa huomioon otettavia kuormia voivatluiskassa tai sen läheisyydessä sijaitsevien maamassojen painosta aiheutu-vien kuormitusten lisäksi olla muun muassa leikkausluiskan läheisyydessäliikkuvat työkoneet tai muut ajoneuvot, kohonnut huokosvedenpaine sekäleikkausluiskaan vaikuttava tärinä. Periaatteet näiden huomioon ottamisestaon esitetty luvussa 7.2.

Työnaikaisissa tilanteissa erityistä huomiota on kiinnitettävä työkoneiden jaleikkausluiskien läheisyyteen mahdollisesti tehtävien tilapäisten läjitysten ai-heuttamiin kuormituksiin.

Tieleikkausluiskan vakavuustarkastelun yhteydessä tehdyt kuormitusotak-sumat on aina dokumentoitava suunnitelma-asiakirjoihin.

Varmuusluvut

Leikkausluiskien murtorajatilatarkasteluissa kuormien ja maakerrosten mate-riaaliominaisuuksien osavarmuuslukuina käytetään taulukoissa 11 ja 12esitettyjä arvoja tai vaihtoehtoisesti Eurocode 7:n esistandardissa ENV1997-1 ja kansallisessa soveltamisasiakirjassa (NAD) esitettyjä varmuuslu-kuja


Taulukko 11. Tieleikkauksen vakavuus. Osavarmuusluvut, kun tarkasteltavalla alu-eella ei ole pysyviä rakenteita.




kitka[ tan ϕ’]

koheesio[c’]


työnaikainen 1,0 1,0 1,0 1,1 1,3 1,5

käyttötila 1,0 1,0 1,0 1,2 1,5 1,8

Taulukko 12. Tieleikkauksen vakavuus. Osavarmuusluvut, kun tarkasteltavalla alu-eella on pysyviä rakenteita.




kitka[ tan ϕ’]

koheesio[c’]


työnaikainen 1,0 1,0 1,0 1,2 1,5 1,8

käyttötila 1,0 1,0 1,0 1,25 1,8 2,0

Maaleikkausten suunnittelussa noudatetaan ohjeita

− Geotekniset laskelmat TIEL 2180002− Pehmeikölle rakennettavien tieleikkausten geotekniset laskelmat

(TIEL 43/1992).

Kallioleikkaukset

Kallioleikkausten yhteydessä leikkausluiskan vakavuustarkastelu ja tarvitta-vien kallion lujitustoimenpiteiden suunnittelu on tarpeen, jos kallio on erityi-sen rikkonaista tai kallioleikkauksen alueella esiintyy leikkaukseen päinviettävä rakoilusuunta. Erityistä huomiota kallioleikkauksen seinämän vaka-vuustarkasteluun tulee kiinnittää silloin, kun leikkaukseen päin viettävissäraoissa esiintyy täytteisyyttä.

Kirjallisuuslähteitä, joissa on annettu yksityiskohtaisempia ohjeita hienora-keisiin tai eloperäisiin maakerroksiin tehtävien tieleikkausten vakavuustar-kastelujen suorittamiseen samoin kuin kallioleikkausten suunnitteluun jasuunnittelun edellyttämien kallion laatututkimusten suorittamiseen, on lue-teltu jäljempänä.

8.4 Tiepenkereen painumat

Pohjamaan painuminen tiepenkereen alla tarkistetaan aina. Painumien suu-ruus selvitetään laskelmilla elleivät ne maaperätietojen ja penkereen kor-keuden perusteella ole selvästi merkityksettömän pieniä. Painumatarkaste-lun edellytyksenä on riittävä penkereen vakavuus. Lisäksi selvitetään sivu-


siirtymien suuruus, mikäli niillä on merkitystä tiepenkereen kokonaispainu-maan, tien päällysrakenteen kestävyyteen tai tien ympäristöön.

Pohjamaan ja pengermateriaalien ominaisarvot määritetään luvun 5 mukai-sesti. Avo- ja pohjavesien korkeusvaihtelu ja sen vaikutus jännitystilaan sel-vitetään.

Painumatarkasteluissa on otettava huomioon pohjaolosuhteiden lisäksi

− nykyiset rakenteet tiealueella− työnaikaiset ja käyttötilan aikana tapahtuvat merkittävät painumat ja nii-

den korjaus pengertä korottomalla− vastapenkereiden käyttö− vaiheittain pengerrys− pohjanvahvistusmenetelmä

Laskelmat tehdään ohjeen Geotekniset laskelmat, TIEL 2180002 mukaisesti.Yksityiskohtaisia ohjeita painumalaskelmien tekemiseen on esitetty muunmuassa julkaisussa Geotekniikan informaatiojulkaisuja, Maanvarainen tie-penger savikolla, TIEL 3200276.

Laskelmissa eritellään painumalajit:

− alkupainuma− konsolidaatiopainuma tarkasteltavina hetkinä käyttötilassa− sekundääripainuma

Analyysiä varten määritetään työnaikaiset ja käyttötilan kuormitustilanteetsekä määritetään kuormille ominaisarvot (Luku 7 Ulkoiset kuormat).

Tien pituus- ja poikkisuuntaisten laskennallisten sallittujen kaltevuudenmuu-tosten ja maksimipainumien tulee täyttää tilaajan tiesuunnitelmassa asetta-mat hanke- ja kohdekohtaiset vaatimukset. Tien poikkisuunnassa sovelle-taan sallitun kaltevuudenmuutoksen kriteeriä. Tien pituussuunnassa sovel-letaan sallitun kaltevuudenmuutoksen ja maksimipainuman kriteeriä. Maksi-mipainuman kriteeriä sovelletaan vain rajapituutta Lr suuremmilla painuma-pituuksien arvoilla. Rajapituus Lr saadaan sallitusta maksimipainumasta ja-kamalla se sallitun kaltevuuden muutoksen gradientilla.

Rajapituutta Lr pienemmillä painuman pituuksilla (L ≤ Lr) on noudatettavasallitun kaltevuudenmuutoksen kriteeriä. Kriteerin tulee täyttää seuraavienkaavojen ehdot (kuva 2):

kun L ≤ Lr , niin

2

2

1

1

LSpk

LSpk

≤∆

≤∆

LSpk ≤∆

∆pk = sallittu kaltevuuden muutos


Rajapituutta Lr suuremmilla painuman pituuksilla (L > Lr) on noudatettavasallitun kaltevuudenmuutoksen kriteeriä ja maksimipainuman kriteeriä. Kri-teerien tulee täyttää seuraavien kaavojen ehdot (kuva 2):

kun L ≥ Lr , niin

2

2

1

1

LSpk

LSpk

≤∆

≤∆

S ≤ Smax

S = sallittu painumaSmax = sallittu painuman maksimiarvo

Kuva 2. Painuman pituuden, kokonaispainuman ja osapainumien määritys.

Sallittujen kaltevuudenmuutosten ja maksimipainuman arvojen valinnassamerkittävin yksittäinen peruste on tien pituussuuntaisen ajodynamiikan vaa-timus. Muita perusteita ovat kuivatuksen ja tien geometrian liikenneteknisetvaatimukset sekä tien rakennemateriaalien jäykkyys ja muut tien rakentee-seen liittyvät seikat kuten tiehen sijoitettavat putkistot ja muut laitteet. Pohja-vahvistuskustannukset ja ennakoitujen painumien korjauskustannukset voi-daan myös huomioida kriteerejä asetettaessa.

Kahden pohjatutkimuspisteen välille muodostuva kaltevuudenmuutos olete-taan laskennassa yleensä suoraviivaiseksi. Jos muodostuva kaltevuuden-muutos voi merkittävästi poiketa suoraviivaisesta, on tämä otettava huomi-oon sallitun painuman maksimiarvoa määritettäessä.

Sekä pehmeiden kerrostumien paksuuden että materiaalin ominaisuuksiensuhteen homogeenisilla ja laaja-alaisilla pehmeiköillä voidaan sallia suurem-pi maksimipainuma kuin epähomogeenisissa ja pienipiirteisissä olosuhteis-sa.

Jos tien laskennallisten pituus- ja poikkisuuntaisten sallittujen kaltevuus-muutosten ja maksimipainuman arvoja ei ole tiesuunnitelmassa tai tuotevaa-timuksissa asetettu, tulee käyttää 30 vuoden ajanjaksolle taulukossa 13 as-falttipäällysteisille teille esitettyjä arvoja. Arvot on johdettu pääosin tien pi-tuussuuntaisen ajodynamiikan vaatimuksista. Erillisillä kevyen liikenteenväylillä sovelletaan paikallisväylien (60 km/h) raja-arvoja. Korotetuilla kevy-enliikenteenväylillä varustetuilla teillä sovelletaan moottoriväylille taulukossa13 esitettyjä raja-arvoja.


Taulukko 13. Tienpinnan laskennalliset sallitut kaltevuuden muutokset, maksimi-painumat ja sivukaltevuuden muutokset 30 vuoden aikana asfaltti-päällysteisillä teillä.

Tientoiminnallinen luokka

(Mitoitusnopeus[km/h])

Sallittu pituuskaltevuudenmuutos ∆pk

[%]

Sallittu painumanmaksimiarvo

Smax

[mm]

Rajapituudenarvo Lr

m]

Sallittusivukaltevuuden

muutos

[%]Moottoriväylät(120 km/h)

0,6 400 67 1,5

Päätiet(105km/h)

0,8 500 63 1,5

Seudulliset tiet(90km/h)

1,1 600 55 2,0

Paikallisväylät(80km/h) 1,6 700 44 2,0(60km/h) 2,2 800 36 2,0

Taulukossa 14 on esitetty lisäksi esimerkkinä tuotevaatimus viiden vuodenkäyttöajan sallituille kaltevuuden muutoksille ja painumille. Tien kaltevuudentulee takuuaikana olla sellainen, että tien kuivatus toimii.

Taulukko 14. Esimerkki tuotevaatimuksista. Tienpinnan laskennalliset sallitut kalte-vuuden muutokset, maksimipainumat ja sivukaltevuuden muutoksetasfalttipäällysteisillä teillä 5 vuoden aikana tien avaamisesta yleiselleliikenteelle.

Tientoiminnallinen luokka

(Mitoitusnopeus[km/h])

Sallittu pituuskaltevuudenmuutos ∆pk

[%]

Sallittu painumanmaksimiarvo

Smax

[mm]

Rajapituudenarvo Lr

[m]

Sallittusivukaltevuuden

muutos

[%]Moottoriväylät(120 km/h)

0,24 120 50 0,6

Päätiet(105km/h)

0,32 150 47 0,6

Seudulliset tiet(90km/h)

0,44 180 41 0,8

Paikallisväylät(80km/h)(60km/h)

0,640,88

210240

3327

0,80,8

8.5 Kaivannot

Kaivantojen vakavuus tarkistetaan aina. Suunnitelmassa esitettävien luiska-kaltevuuksien ja tuennan suunnittelussa noudatetaan ohjeita:

− Rakennuskaivanto-ohje RIL 181-1989− Putkikaivanto-ohje RIL 194-1992

Rakennuskaivanto-ohjeessa RIL 181-1989 varmuustason valintaa ja tärinänhuomioimista on täsmennetty kappaleissa 6.1 ja 7.51. Vaikka mainittujenkappaleiden ohjeet on esitetty suositusluonteisina, niitä noudatetaan Tiehal-linnon töissä.


8.6 Kuivatusrakenteet ja muut tien varusteet

Rakenteet suunnitellaan Tiehallinnon tie- ja liikenneteknisten ohjeiden mu-kaan.

8.7 Rakenneosien kestävyys

8.7.1 Rakenteiden tekninen käyttöikä

Rakenteiden teknisellä käyttöiällä tarkoitetaan aikaa, jona rakenteen tuleetäyttää sille asetetut vaatimukset käyttö- ja murtorajatiloissa. Käyttöiän aika-na rakennetta ylläpidetään, mutta sille ei tarvitse tehdä suunnittelussa mää-rittelemättömiä korjaustoimenpiteitä.

Rakenteen tekninen käyttöikä ei vaikuta suunnittelun ja mitoituksen yksityis-kohtaisuuteen.

8.7.2 Rakenteen teknisen käyttöiän määrittely

Siltarakenteiden ja sillan tulopenkereiden pohjarakenteiden siltä osin, kun nevaikuttavat siltarakenteisiin, tekninen käyttöikä on 100 vuotta. Kuitenkin aal-lotettujen teräsputkisiltoihin liittyvien pohjarakenteiden käyttöikä pääteillä on60 vuotta ja muilla teillä 40 vuotta.

Tien pohjarakenteiden tekninen käyttöikä on 100 vuotta. Tien päällysraken-teiden sekä varusteiden ja laitteiden tekninen käyttöikä on 30 vuotta.

Väliaikaisiksi tarkoitetut rakenteet suunnitellaan niiden käyttöiälle. Suunni-teltu käyttöikä merkitään suunnitelmaan. Suunnitelmaan tulee merkitä myösmitoitusperusteet kuormitusten osalta, mikäli ne muuttuvat käyttöajan jatku-essa; esimerkiksi routa, vedenpaine tai korroosio.

Edellä mainituista käyttöi’istä voidaan poiketa vain suunnittelutoimeksiannontilaajan päätöksellä.

8.7.3 Rakennusosien pitkäaikaiskestävyys

Materiaaliominaisuuksien muuttuminen käyttöiän aikana määritetään ylei-sesti hyväksytyllä Tiehallinnon muissa ohjeissa tai menetelmäkohtaisestisuunnittelutoimeksiannon tilaajan hyväksymällä tavalla. Määritys tulee tehdämuun muassa seuraavissa tapauksissa:− puun lahoaminen− teräksen korroosio− polymeerien rakenteen heikkeneminen− betonin ja kiviaineksen rapautuminen

8.8 Routatekninen mitoitus

Teräsbetoni- ja teräsrakenteiden routimaton perustamissyvyys ja rou-tasuojaus suunnitellaan noudattaen ohjetta Pohjarakennusohjeen sovelta-minen sillansuunnittelussa, TIEL 2172068-99.

Pohjamaan routivuus määritettään ohjeessa Teiden suunnittelu IV, Tien ra-kenne esitettyä materiaalin rakeisuuteen perustuvaa luokitusta käyttäen.

54 Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteetTIEN YMPÄRISTÖGEOTEKNISET SUUNNITTELUPERUSTEET

9 TIEN YMPÄRISTÖGEOTEKNISET SUUNNITTELUPE-RUSTEET

9.1 Pohjavesisuhteiden hallinta

9.1.1 Pohjatutkimukset ja pohjavesisuhteiden määritys

Tieleikkausten ja alikäytävien suunnittelua varten tehdään suunnittelutehtä-vän kannalta riittävän laaja-alaiset ja pitkäaikaiset pohjavesihavainnot osanamuita pohjatutkimuksia.

Pohjatutkimusten osalta sovelletaan julkaisuja:− Tieleikkausten pohjatutkimukset, Geotekniikan informaatiojulkaisuja

TIEL 32000354− Teiden pehmeikkötutkimukset, Geotekniikan informaatiojulkaisuja

TIEL 32000520− Siltojen pohjatutkimukset, Geotekniikan informaatiojulkaisuja

TIEL 32000537

Pohjaveden havaintoputkien asentaminen ja havaintojen tekeminen on esi-tetty Suomen Geoteknillinen yhdistys ry:n Kairausoppaassa IV: Pohjaveden-pinnan ja huokospaineen mittaaminen.

Geoteknisen suunnittelijan on aina voitava pohjavesihavaintojen perusteellapäätellä suunnittelutehtävän kannalta riittävällä tarkkuudella yli-, keski- ja ali-vesi vertaamalla havaintoja vastaavissa olosuhteissa tehtyihin pitkäaikaisha-vaintoihin, sekä ottamalla huomioon pohjaveden vuotuiset korkeusvaihtelutja sadanta havaintojaksojen aikana. Tämän perusteella saadaan mitoittavatvedenpinnat Pohjarakennusohjeiden mukaisesti.

Kun pohjavedenpintojen vuodenaikaisvaihtelut ovat suuremmat kuin avove-denpintojen, havaintojakson on oltava vähintään vuosi ja havaintotiheydenkerran kuukaudessa, jotta pohjavedenpintojen vuodenaikaisvaihtelut saa-daan selville. Koska vuodetkaan eivät ole samanlaisia, olisi havaintojaksonkohteissa, joissa pohjaveden alentaminen saattaa aiheuttaa rakennusten tairakenteiden painumista tai puisten perustusrakenteiden lahoamista, oltavauseita vuosia.

Jotta pohjavedenpintojen vaihtelut ja pohjaveden virtaussuunnat saadaanyksityiskohtaisesti ja luotettavasti selville, on pohjaveden havaintoputkia si-joitettava koko riskialueelle pohjasuhteiden vaihtelusta riippuen 20 - 100 mvälein.

Maan vedenläpäisevyyden määritykset tehdään alustavasti maanäytteidenavulla laboratoriossa tai in-situ. Maan kerrosrakenteen ja erityisesti vedenlä-päisevyyden huomattavan suuri vaihtelu tekee alustavat arviot yleensä hyvinepäluotettaviksi. Maan vedenläpäisevyyden määritys voidaan tehdä luotetta-vasti vain pitkäaikaisiin koepumppauksiin perustuvilla analyyseillä.

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet 55TIEN YMPÄRISTÖGEOTEKNISET SUUNNITTELUPERUSTEET

9.1.2 Pohjaveden alentaminen

9.1.2.1 Työnaikainen pohjaveden alennus

Työnaikaisen pohjaveden alennuksen suunnittelu kuuluu työnaikaisen kai-vujen ja kaivantojen suunnitteluun. Tällaisia kaivuja ja kaivantoja tarvitaanmuun muassa massanvaihtoja, leikkausluiskia, alikulkukäytäviä, rumpuja japutkijohtoja rakennettaessa.

Lyhytaikainen pohjavedenalennus ei yleensä aiheuta merkittäviä ympäristö-riskejä kaivojen väliaikaista kuivumista lukuun ottamatta. Jos työnaikainenpohjavedenalennus kestää kuukausia, se voi aiheuttaa puuston kuolemista,sekä hienorakeisten ja eloperäisten maakerrosten alueella olevien maanva-raisten ja joskus paaluilla perustettujen rakennusten ja rakenteiden painu-mista.

Kertaluonteinen, lyhytaikainen pohjaveden alennus ei yleensä aiheuta puu-paalujen lahoamista. Kuitenkin puupaalut voivat olla koheesiopaaluja tai neon muuten lyöty niin vähäisellä lyöntienergialla, että ne painuvat ympäröivienmaakerrosten painuessa.

Geotekniseen suunnitteluun kuuluu arvion laatiminen työnaikaisen pohjave-den alentamisen vaikutuksista sekä suunnitelman laatiminen tilaajan päät-tämien toimenpiteiden mukaisesti, jolloin vaihtoehtoina voivat olla:− Pohjaveden työnaikainen aleneminen estetään tai rajataan työkohtee-

seen− Pohjaveden alenemisen haittoja vähennetään varautumalla veden toi-

mituksiin ja kasteluun− Haittojen ja vahinkojen korvaus.

Pohjaveden alentamisesta tai sen rajaamisesta laaditaan vähintään suunni-telma suunnitteluvaiheen edellyttämällä tarkkuudella (luku 9.1.2.3).

9.1.2.2 Pysyvä pohjaveden alennus

Koska pohjavedenpinnan alapuolelle rakennettavat vesitiiviit kaukaloraken-teet ja niiden ankkurointi nostetta vastaan ovat huomattavan kalliita ratkai-suja, voi tilaaja päätyä pohjavedenpinnan alapuolelle ulottuvien tieleikkaus-ten ja alikäytävien osalta pysyvään pohjavedenalennukseen.

Kun pohjavettä alennetaan pysyvästi, on tarkoin selvitettävä vaikutusalueenlaajuus. Tämä voidaan luotettavasti tehdä vain niin pitkäaikaisella koepump-pauksella, että sillä saavutetaan stationäärinen suotonvirtaustila. Jos ve-denläpäisevyysmääritykset tehdään näytteille laboratoriossa tai in-situ, nepätevät vain siinä paikassa mistä näyte on otettu tai missä in-situ-määrityson tehty. Jos näiden määritysten perusteella lasketaan esimerkiksi useim-mista oppi- ja käsikirjoista löytyvillä kaivokaavoilla suotovirtaus, on otettavahuomioon, että maan kerrosrakenne ja maan vedenläpäisevyyden herkkä jasuuri vaihtelu voivat johtaa suuriin arviointivirheisiin suotovesimäärissä. Näinmeneteltäessä vaikutusalueen laajuus voidaan arvioida vain karkeasti.

56 Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteetTIEN YMPÄRISTÖGEOTEKNISET SUUNNITTELUPERUSTEET

Käytettäessä FEM-mallinnusta, jonka oikea toiminta testataan riittävän pit-käaikaisella koepumppauksella, päästään hyvään tarkkuuteen pohjavedenkäyttäytymisen ennustamisessa mallin alueella. Suotonvirtauksen FEM-mallinnus on erityisen vaativa tehtävä, jonka suorittamiseen tarvitaan suoto-virtaukseen ja FEM-mallinnukseen hyvin perehtynyt asiantuntija.

Pohjaveden alentamiseen tarvitaan ympäristölupa, kun pumpattava vesi-määrä ylittää 250 m3 vuorokaudessa.

Pysyvä pohjavedenaleneminen tappaa kasvillisuutta, erityisesti paljon vettäkuluttavia puita, kuivattaa kaivoja, aiheuttaa kokoonpuristuvien maakerros-ten varaan perustettujen rakennusten ja rakenteiden painumista sekä puis-ten perustusrakenteiden ja paalujen lahoamista. Koheesiopaaluilla peruste-tut rakenteet painuvat samoin kuin puiset kitka- ja tukipaalut voivat painua,koska ne on lyöty tehottomilla lyöntikalustoilla. Betoniset tukipaalut voivatpainua negatiivisen vaippahankauksen lisääntymisen takia.

Geotekniseen suunnitteluun kuuluu arvion laatiminen pysyvän pohjavedenalentamisen vaikutuksista ja sekä suunnitelman laatiminen tilaajan päättä-mien toimenpiteiden mukaisesti, jolloin vaihtoehtoina voivat olla:− Pohjaveden pysyvä aleneminen estetään tai rajataan− Pohjaveden alenemisen haittoja vähennetään esimerkiksi:

− Tekemällä ja toteuttamalla vihersuunnitelma, jossa arka kasvil-lisuus korvataan paremmin pohjaveden alenemista sietävillälajeilla.

− Liittämällä kaivoja käyttävät taloudet vesijohtoverkon piiriin.− Perustamalla painumavaarassa olevat tai puisilla perustusra-

kenteilla olevat rakennukset ja rakenteet ennen projektin to-teuttamista uusille perustuksille, jotka eivät painu tai lahoa.

− Sopimalla riskialttiiden rakennusten ja rakenteiden omistajienkanssa korvausmenettelystä.

9.1.3 Pohjaveden alennussuunnitelma

Pohjaveden alennussuunnitelman tulee kaikissa suunnitteluvaiheissa ollaniin yksityiskohtainen, että hankkeen toteuttamiskelpoisuus voidaan arvioida.Kustannukset on selvitettävä suunnitteluvaiheen edellyttämällä tarkkuudella.Suunnitelmassa tulee erikseen ottaa huomioon tilapäisen pohjaveden alen-tamisen edellytykset ja pysyvän pohjaveden alentamisen edellytykset. Koskaratkaisun kustannusvaikutukset ovat huomattavat ja ratkaisu saattaa vaikut-taa merkittävästi koko suunniteltavaan kohteeseen, on usein tarkoituksen-mukaista tehdä muuta suunnittelua yksityiskohtaisemmat selvitykset pohja-veden alentamisesta ja sen vaikutuksista. Tähän kuuluu pohjavedenalenemisalueella olevien perustusrakenteiden geoteknisen mitoituksen tar-kistaminen erityisesti painuman osalta niin, että ne eivät ylitä rakennuksensietämiä painumia ja painumaeroja. Alimman pohjaveden pintojen on pysyt-tävä vähintään 0,50 m puisten perustusrakenteiden yläpuolella rakennuksenja rakenteiden koko käyttöiän.

Pohjaveden alennussuunnitelma laaditaan tilaajan määrittämällä tarkkuu-della.

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet 57TIEN YMPÄRISTÖGEOTEKNISET SUUNNITTELUPERUSTEET

9.1.4 Pohjaveden suojaus

Pohjaveden suojaustarve määritellään ja suojausrakenteet suunnitellaanohjeen Pohjaveden suojaus tien kohdalla, luonnos 8.5.2000 TIEL 2140001-2000.

Käytettäviin suojausmateriaaleihin sovelletaan ensisijaisesti kulloinkin voi-massa olevissa Tienrakennuksen yleisissä laatuvaatimuksissa ja työselityk-sissä (TYLT) olevia pohjaveden suojausta koskevia vaatimuksia.

9.2 Tärinä ja melu

Pohjarakenteet on suunniteltava sellaisiksi, että ne voidaan toteuttaa ilman,että ympäristölle aiheutetaan asetetut raja-arvot ylittävää melua tai tärinäätai rakenteita vaurioitetaan. Pohjarakennustöiden aiheuttamaa tärinää taimelua ja niiden vaikutuksia on vaikea arvioida ennakkoon luotettavasti.Suunnitteluvaiheessa voidaan käyttää hyväksi liitteessä 7 esitettyjä arvioin-timenettelyjä.

Liitteessä 7 on esitetty arviointimenettelyjä tärinän ja melun arvioimiseksi− paalutustyön− louhinnan− pinta- ja syvätiivistyksen− hydraulivasaran− liikenteenaiheuttamalle tärinälle.

Suunnitelmassa esitetään tarpeelliset vaatimukset työnsuoritukselle.

58 Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteetKIRJALLISUUTTA

10 KIRJALLISUUTTALukuun 5 liittyvää kirjallisuutta:

RIL 157-I, Geomekaniikka I, Suomen Rakennusinsinöörien Liitto r.y., Helsin-ki 1985.

Handboken bygg, Geoteknik, Liber Förlag, Stockholm 1984.

Kolisoja P., Maan mekaanisten ominaisuuksien automatisoitu määrityslait-teisto, Lisensiaatintyö. Tampereen teknillinen korkeakoulu, Tampere 1990.

Kolisoja, P., Sitomattomien kerrosten kiviainesten muodonmuutosominai-suudet – Kirjallisuusselvitys, TIEL 3200163.

Korpi, J., In-situ -kuormituskoe painumien määrittämiseksi. Helsingin kau-pungin geoteknisen osaston tiedonanto numero 42, Helsinki 1985.

Länsivaara, T., Jännityspolkuohjaus kolmiaksiaalikokeessa. Diplomityö,Tampereen teknillinen korkeakoulu, Tampere 1992

Swedish Geotechnical Institute, Information 6, Torv – geotekniska egenska-per och byggmetoder . Linköping 1988.

ISSMGE, European Technical Committee 5, Standardisation of laboratorytesting. Danish Geotechnical Society, Lyngby 1995.

Swedish Geotechnical Institute, Information 3, Utvärdering av skjuvhållfast-het i kohesionsjord. Linköping 1985.

Swedish Geotechnical Institute, Information 8, Hållfasthet i friktionsjord. Lin-köping 1989.

Swedish Geotechnical Institute, Information 16, Siltjordars egenskaper. Lin-köping 1998.

Swedish Geotechnical Institute, Information 13, Sättningsprognoserna förbankar på lös finkornig jord – Beräkning av sättningarnas storlek och tids-förlopp. Linköping 1994.

Souto, A., Tierakennusmateriaalien dynaamisten moduulien määrittäminenresonant column ja bender element –laitteistolla. Diplomityö, Tampereenteknillinen korkeakoulu, Tampere 1993.

Tiehallinto, Tie- ja liikennetekniikka. Painumalaskentamenetelmien käyttö-kelpoisuuden arviointi, TIEL 32000630. Helsinki 2000.

Tielaitos, geokeskus. Maanvarainen tiepenger savikolla, suunnitteluohje.TIEL 32000276. Helsinki 1994.

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet 59KIRJALLISUUTTA

Lukuun 7 liittyvää kirjallisuutta:

Pålkommissionen, Omgivnigspåverkan vid pål- och spontslagning. Rapport95. Linköping 1997.

Pöllä, Kärnä, Vuolio, Paavola, Räsänen. Louhintatärinän syntyminen ja vä-littyminen sekä rakenteiden ja laitteiden tärinänkestävyys. TutkimusraporttiVTT yhdyskuntatekniikka, Kalliorakentaminen 2000, projekti 3.7, Espoo1996.

Vuolio, R. 1990. Blast Vibration: Threshold Value and Vibration Control. ActaPolytechnica Scandinavia, Civil Engineering and Building Construction Se-ries No. 95. ISBN 951-666-301-X. ISSN 0+355-2705.

Vuolio, R. 1991. Räjäytystyöt. Forssan kirjapaino Oy 1991. Suomen maara-kentajien keskusliitto ry. ISBN 952-90-2761-3.

Lukuun 8.3 liittyvää kirjallisuutta

Korhonen, K-H. et al. Rakennusalan kallioluokitus. VTT:n Geotekniikan labo-ratorio, Tiedonanto 12. Espoo 1974.

Niemisara, H., Geologiset rakenteet tiekallioleikkausten suunnittelussa jatoteutuksessa. Diplomityö, Teknillinen korkeakoulu, Materiaali- ja kalliotek-niikan laitos. Espoo 1994.

Näätänen, A., Pehmeikölle rakennettavien tieleikkausten geotekniset las-kelmat, Tiehallituksen sisäisiä julkaisuja 43/1992. Helsinki 1992.

Tienrakennustöiden yleiset laatuvaatimukset ja työselitykset, Kalliorakenteet.TIEL 2212458. Helsinki 1991.

Kallion laatututkimukset tiensuunnittelussa, Ohje. Geotekniikka ja geologia.TIEL 2180001. Helsinki 1991.

Kallioleikkaukset. Tielaitoksen selvityksiä 30/94. Geokeskus. TIEL 3200240.Helsinki 1994.

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet 61LIITTEET

11 LIITTEETLiite 1 Tiehallinnon liikenne-, tietekniset ja sillansuunnittelun ohjeet

Liite 2 Yleissuunnitelman geotekninen suunnittelu

Liite 3 Tiesuunnitelman geotekninen suunnittelu

Liite 4 Rakennussuunnitelman geotekninen suunnittelu

Liite 5 Maakerrosten ja pengermateriaalien geotekniset ominaisuudet

Liite 6 Rakennusmateriaalien ominaisarvoja

Liite 7 Rakennustöiden aiheuttamat kuormitukset

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet Liite 1LIITTEET

TIEHALLINNON LIIKENNE-, TIETEKNISET JA SILLAN-SUUNNITTELUN OHJEET

Tiehallinnon liikenne- ja tietekniset ohjeet

www.tiehallinto.fi/thohje

ja sillansuunnittelun ohjeet

www.tiehallinto.fi/sillat

Liite 2 Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteetLIITTEET

YLEISSUUNNITELMAN GEOTEKNINEN SUUNNITTELU

Tiensuunnitteluntoimintaohjeet

Geoteknisen suunnittelijan tehtävät Tulostus

Lähtötietojenhankkiminen

• Maaperätietojen hankita• Olemassa olevien siltojen ja muiden

rakenteiden perustamistietojen hankinta

PohjatutkimusohjelmaSuunnitteluraportti jatyökansio

Tavoitteidentarkentaminen

• Osallistuu pääsuunnittelijan ohjeiden mukaan Suunnitteluraportti

Ympäristövaikutustenarviointimenettely


Sidosryhmätyöskentely jatiedottaminen


Vaihtoehtotarkastelut • Pohjatutkimusten ohjelmointi• Pohjasuhteiden selvittämien• Rakenteiden alustamitoitus• Ympäristövaikutusten arviointi• Kustannusarvioiden laadinta vertailua varten

Pohjatutkimusohjelmaselvitykset liitetään osaksisuunnitelmaselostusta.

Yksityiskohtaisemmatselvitykset liitetäänraportteina työkansioon

Yleissuunnitelmanlaatiminen

• Pohjatutkimusten ohjelmointi• Pohjasuhteiden selvittäminen• Painumien, vakavuuden ja routimisen arviointi• Pohjarakenteiden ja

pohjanvahvistustoimenpiteiden alustavamitoitus pehmeikköosuuksilla ja siltapaikoilla

• Alustavia siltatyyppien, -ratkaisujen ja-paikkojen vertailu

• Pohjavesien suojaustarve, suojauskohteet ja-periaatteet

• Vaikutukset ympäristöön• Kustannusarvioiden laadinta

PohjatutkimusohjelmaSelvitykset liitetään osaksisuunnitelmaselostustaPohjanvahvistustoimen-piteet esitetäänsuunnitelmapiirustuksissa.

Yksityiskohtaisemmatselvitykset liitetäänraportteina TekniseensuunnitelmaanMitoitustarkastelutdokumentoidaantyökansioon.

Vaikutustarkastelut • Vaikutustarkastelu: pohjavesi, tärinä jarakennustyön vaikutukset ympäristöön

Selvitykset liitetäänraportteina Tekniseensuunnitelmaan


Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet Liite 3LIITTEET

TIESUUNNITELMAN GEOTEKNINEN SUUNNITTELU

Tiesuunnitelma: Tehtävät ja tulosteet

Tiensuunnittelun toimintaohjeet Geoteknisen suunnittelijan tehtävät Tulostus(tiesuunnitelman

osa A...E)

Lähtötietojen hankinta jatäydentämien

• Maastoinventoinnit• Olemassa olevan pohjatutkimustiedon hankinta• Pohjatutkimusohjelmointi• Pohjatutkimusten siirto suunnittelujärjestelmään

EEEE, C

Geometrian suunnittelu• Geometriassa huomioidaan geotekniikan

periaateratkaisut• Alueellinen vakavuus

E

EPoikkileikkausjapäällysrakenne

• Päällysrakennetyyppien suunnittelu: kantavuus/routa/nykyiset rakenteet

• Pohjanvahvistusten tilanvaraukset

C, E

C

Geotekninensuunnittelu

• Painuma- ja vakavuustarkastelut• Vaihtoehtojen vertailu• Pohjanvahvistustoimenpiteet ja

Pohjarakenteiden suunnittelu• Pohjanvahvistusratkaisuvaihtoehtojen sopivuus

suunnitellulle tiealueelle• Määritettävä rakentamistoimenpiteiden vaatima

aika

EEE

E

D

Kuivatuksensuunnittelu

• Uomien vakavuus• Kuivatustarve: pohjaveden suotautuminen• Rumpujen perustaminen

EEC, E

Tierakenteensuunnittelu

Pohjavedenalentamisen jasuojauksensuunnittelu

• Pohjaveden alentamisen ja suojauksensuunnittelu

• Pohjaveden alentamistarve• Selvitetty pumpattavat pohjavesimäärät• Suojaustarpeen laajuus• Ympäristökeskuksen lausunnot hankittu

C, E

EEA, C, EE

Valaistus • Perustaminen >< tyyppiperustukset C, EViitoitus • Perustaminen >< tyyppiperustukset C, E

Valaistuksen,liikenteenohjauk-sen sekälaitteiden javarusteidensuunnittelu

Laitteet javarusteet • Perustaminen >< tyyppiperustukset C, E

Ympäristösuunnittelu • Vakavuustarkastelut• Vaikutus muihin rakenteisiin

C, EA, E

Siirto ja suojaustoimenpiteidensekä rakenteiden suunnittelu

• Pohjanvahvistustoimenpiteet japohjarakenteiden suunnittelu tarvittaessa

D, E

Maa-ainesten otto- jaläjitysalueiden suunnittelu

• Ottoalueiden materiaalien laatu ja määrä,pohjavesiolosuhteet

• Läjitysalueiden pohjavesiolosuhteet, vakavuus

C, E

C, E

Siltasuunnitelman laatimiseenliittyvät tehtävät

• Pohjanvahvistustoimenpiteet ja pohja-rakenteiden suunnittelu kappaleen 2.8mukaisesti

kappaleen 2.8mukaisesti

Tiensuunnittelun kokoaminen • Kustannusarvion laatiminen B, E

Pohjatutkimukset, laboratoriotutkimukset ja geotekninen suunnittelutyö dokumentoidaan kohdan 2.2mukaisesti ja raportit liitetään tiesuunnitelman osaan E.


RAKENNUSSUUNNITELMAN GEOTEKNINEN SUUNNITTELU

Rakennussuunnitelma: Tehtävät ja tulosteetTiensuunnittelun toimintaohjeet Geoteknisen suunnittelijan tehtävät TulostusGeometria Linjaus ja tasaus • Osallistuu tasausratkaisujen suunnitteluun

Alusrakenne • Penkereiden ja leikkausten vakavuus- ja painuma-analyysit• Pohjamaan kuormitus- ja routakestävyysmitoituksen hanke-

kohtaisten parametrien määritys

Tierakenne

Päällysrakenne japoikkileikkaus

• Päällysrakenne suunnitelman tarkistus• Sitomattomien rakennekerrosten hankekohtaisten kuormitus-

kestävyysparametrien määritysMaaperätutkimustenohjelmointi ja käsittely

• Maastokatselmus• Pohjatutkimusohjelman laadinta• Pohjatutkimusraportin tarkastus ennen tulosten käyttöä

Geotekniikka

Geotekninen suunnittelu • Ympäristövaikutuksia koskevien rajoitusten selvittäminen• Pohjavahvistusten ja pohjarakenteiden yksityiskohtainen suun-

nittelu• Suunnitteluvaatimukset urakoitsijan suunniteltaviksi tuleville

rakenteille• Rakentamismenetelmille asettavat vaatimukset• Ympäristövaikutusten arviointi ja niiden hallinta• Rummut, pumppaamot sekä erikoisrakenteiden suunnittelu /

tarkistus perustamistapojen osaltaKuivatuksen suunnittelu • Pohjaveden alentumiseen johtavien kuivatusratkaisujen vaiku-

tukset ympäristöön ja rakennuksiinKuivatus

Pohjaveden suojauksensuunnittelu • Pohjaveden suojauksen suunnittelu ja vaihtoehtovertailu

Tulo

stee

t ohj

een

Teid

en s

uunn

ittel

u I-I

X m

ukaa

n

Valaistus • pohjarakenteiden yksityiskohtainen suunnitteluLiikenteenohjaus

Viitoituksen ja liikenne-merkkien suunnittelu • Pohjarakenteiden yksityiskohtainen suunnittelu

Istutusten ja maasto-muotoilujen suunnittelu

• Vakavuus- ja painuma-analyysit• Tarvittaessa pohjarakenteiden yksityiskohtainen suunnittelu

Ympäristö

Meluesteiden ja kadunkalusteiden suunnittelu

• Vakavuus- ja painuma-analyysit• Tarvittaessa pohjarakenteiden yksityiskohtainen suunnittelu

Muiden rakenteiden suun-nittelu • Pohjarakenteiden yksityiskohtainen suunnitteluMuut raken-

teet, siirto jasuojaustoi-menpiteet

Siirto ja suojaustoimenpi-teiden suunnittelu

• Rakenteiden ja rakennusten siirto ja suojaus: pohjanvahvistuk-set

Massavarat ja tarpeet • Pohjamaan sekä maa- ja kalliomassojen käyttökelpoisuus,kantavuus ja routivuus luokittelu

Maa-ainestenkäyttö

Läjitysalueiden suunnittelu • Vakavuus- ja painuma-analyysit, tarvittaessa pohjanvahvistus-ten suunnittelu

• Kuivatuksen suunnittelu• Ympäristövaikutusten arviointi

Lähtötiedot siltasuunnitte-lijalle • Kappaleen 2.8 mukaiset tehtävät kts

kpl 2.8Sillan-suunnittelu

Geotekninen suunnittelu• Kappaleen 2.8 mukaiset tehtävät kts

kpl 2.8

Pohjatutkimukset, laboratoriotutkimukset ja geotekninen suunnittelutyö dokumentoidaan kohdan 2.2 mukaisesti.

Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet Liite 5 (1/29)LIITTEET

MAAKERROSTEN JA PENGERMATERIAALIEN GEO-TEKNISET OMINAISUUDET

Sisältö

1 MAAN JA MURSKAUSTUOTTEIDEN GEOTEKNISTEN OMINAI-SUUKSIEN MÄÄRITYS− Laboratorio- ja in-situ –mittaukset

− Maalajiin, indeksiominaisuuksiin ja kairaustuloksiin perustuvat arviot

− Ohjeissa ja käsikirjoissa julkaistut arvot

2 LUOKITUSOMINAISUUDET− Laboratorio- ja in-situ –mittaukset

− Maalajiin, indeksiominaisuuksiin ja kairaustuloksiin perustuvat arviot

3 LUJUUS- JA MUODONMUUTOSOMINAISUUKSIEN MÄÄRITYSME-NETELMÄT

3.1 Savi, savinen siltti ja lieju

− Laboratorio- ja in-situ –mittaukset

− Maalajiin, indeksiominaisuuksiin ja kairaustuloksiin perustuvatarviot

3.2 Siltti ja hiekka

− Laboratorio- ja in-situ-mittaukset


3.3 Sora, moreenit ja murskaustuotteet

− Laboratorio- ja in-situ-mittaukset


3.4 Louhe

3.5 Turpeet

− Laboratorio- ja in-situ –mittaukset


4 KOETULOSTEN TULKINTA

4.1 Moduuliarvojen määritys

− Muodonmuutostason vaikutus

− Jännitystilan vaikutus


− Koetekniikan vaikutus

Liite 5 (2/29) Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteetLIITTEET

4.2 Painumakokeet

− Painumakokeiden suoritustavat

− Painumalaskelman suoritustavat

− Janbun tangenttimoduulimenetelmä

− Ruotsalainen menetelmä

− Kokoonpuristuvuusindeksi-menetelmä

− Koetulosten nopeusriippuvuus

− Suositeltavat painumakokeen koenopeudet

− Lievästi ylikonsolidoituneet maakerrokset


4.3 Lujuusominaisuuksien määritys

− Kuormitussuunnan vaikutus

− Kuivatusolosuhteiden vaikutus

− Muodonmuutostason ja konsolidaatiotilan vaikutus

4.4 Maalajiin, indeksiominaisuuksiin ja kairaustuloksiin perustuvat arviot

− Jännitys- ja muodonmuutostason vaikutus

− Tiiviystilan vaikutus

− Kosteustilan vaikutus

− Rakeisuuden vaikutus

− Raemuodon vaikutus

5 MAAN OMINAISUUDET DYNAAMISESSA JA SYKLISESSÄ KUOR-MITUKSESSA

− Määritystavan vaikutus maan dynaamisiin ja syklisiin ominai-suuksiin

− Dynaamisten ja syklisten ominaisuuksien määritysmenetelmät

− Dynaamisten ja syklisten ominaisuuksien arviointi staattistenkokeiden perusteella

6 ROUTIMISOMINAISUUDET− Routivuuden arviointimenetelmät

− Routanousuparametrien määritys


1 MAAN JA MURSKAUSTUOTTEIDEN GEOTEKNISTEN OMINAI-SUUKSIEN MÄÄRITYS


Luotettavimmat tavat luonnontilaisten maakerrosten geoteknisten ominai-suuksien määrittämiseen ovat suoraan maaperässä tehtävät in-situ –mitta-ukset sekä häiriintymättömille näytteille tehtävät laboratoriokokeet. Myös ra-kennettavien maarakennekerrosten geotekniset ominaisuudet voidaan luo-tettavimmin määrittää joko maarakenteen rakentamisessa käytettäville mate-riaaleille tehtävin laboratoriokokein tai suoraan maarakenteesta tehtävinmittauksin.

Koska useimpien maakerrosten geotekniset ominaisuudet, erityisesti niidenlujuus- ja muodonmuutosominaisuudet, riippuvat muun muassa vallitsevastajännitys- ja muodonmuutostasosta sekä kuormituksen nopeudesta ja suun-nasta, on käytettävien kenttä- ja laboratoriokokeiden mahdollisimman tar-kasti jäljiteltävä mitoitustarkastelun kohteena olevaa kuormitustilannetta. Jul-kaistuun kirjallisuuteen ja olemassa olevaan aiempaan kokemukseen pe-rustuvat korrelaatiot saatujen mittaustulosten ja materiaalin muiden mitatta-vissa olevien ominaisuuksien välillä on mahdollisuuksien mukaan myös ainatarkistettava.


Luonnontilaisten ja rakennettujen maakerrosten geotekniset ominaisuudetvoidaan usein suuruusluokalleen arvioida joko kairaustuloksiin, maalajin ra-keisuuteen tai maalajin indeksiominaisuuksiin perustuen. Tällaisen epäsuo-ran arvion on mahdollisuuksien mukaan aina tukeuduttava vastaavanlaisissaolosuhteissa tehtyihin aikaisempiin laboratorio- tai in-situ-mittauksiin.

Epäsuoria arviointimenetelmiä sovellettaessa tarkasteltavaa geoteknistäominaisuutta kuvaavan suureen arvo on aina pyrittävä arvioimaan useam-paa kuin yhtä menetelmää käyttäen. Eri menetelmiin perustuvien arvioidenkeskinäiseen yhteensopivuuteen on tällöin kiinnitettävä erityistä huomiota.


Helpoissa suunnittelukohteissa ja alustavien tarkastelujen tarpeisiin maaker-rosten ja pengermateriaalien geotekniset ominaisuudet voidaan arvioidamyös käsikirjoissa ja ohjeissa julkaistujen eri maalajien tyypillisten ominai-suustietojen perusteella. Näitä sovellettaessa suunnittelun pohjana käytettä-vät mitoitusarvot on aina valittava tarkasteltavan mitoitustilanteen kannaltavarovaiselle puolelle.


2 LUOKITUSOMINAISUUDET

Luonnontilaisissa maakerroksissa esiintyvien maalajien ja pengermateriaali-en luokitusominaisuuksilla tarkoitetaan tässä yhteydessä seuraavan lu-ettelon mukaisia tai suoraan niiden perusteella johdettavissa olevia omi-naisuuksia:

− rakeisuusjakautuma

− kiintotiheys

− irtotiheys

− tilavuuspaino

− vesipitoisuus

− humuspitoisuus

− tiiviysaste

− suhteellinen tiiviys

− konsistenssirajat

Laboratorio- ja in-situ –mittaukset

Karkearakeisten maalajien hiekan, soran sekä moreenien ja murskaustuot-teiden irtotiheyden, tilavuuspainon ja tiiviystilan mittauksia lukuun ottamattaluokitusominaisuuksien määritykset tapahtuvat pääsääntöisesti laboratorio-olosuhteissa tehtävin mittauksin.

Karkearakeisten maalajien ja moreenikerrosten pintaosan luonnontilaisentiiviyden samoin kuin näistä maalajeista tai murskatuista materiaaleista ra-kennettujen maarakenteiden tiiviystilan suorassa mittaamisessa käytetääntavallisimmin vesivolymetria tai radiometristä tiiviyden mittausta. Ohjeita näi-den mittausten tekemiseen on annettu Tielaitoksen julkaisussa Rakentami-sen laadunvarmistus, Alusrakenne ja päällysrakenteen sitomattomat kerrok-set, TIEL 2220003. Suoriin tiiviysmittauksiin perustuvat tiiviysvaatimuksetpengerrakenteiden materiaaleille on esitetty Tielaitoksen julkaisussa Tiera-kennustöiden yleiset laatuvaatimukset ja työselitykset, Penger- ja kerrosra-kenteet.

Vesipitoisuuden perusteella veden kyllästämässä tilassa olevan hienorakei-sen maakerroksen tilavuuspainoa voidaan arvioida kuvan 10.1 mukaisesti.


Kuva 10.1 Veden kyllästämien hienorakeisten maalajien tilavuuspainonarviointi vesipitoisuuden perusteella. Maa-aineksen kiintotihey-deksi on kuvassa oletettu 2,70 t/m3.


Karkearakeisista maalajeista ja moreenista koostuvien luonnontilaisten jarakennettujen maakerrosten tiiviyttä voidaan arvioida maakerroksen kairaus-vastuksen perusteella. Paino- ja heijarikairauksen osalta tiiviystilan arviointiintällöin sovellettavissa olevia kairausvastuksen tyypillisiä arvoja on esitettytaulukoissa 10.1 ja 10.2.

Erityisesti paljon kiviä tai muita karkeita lajitteita sisältävistä kivennäismaa-lajeista ja murskatuista kiviaineksista rakennettujen maarakenteiden tiiviys-tilaa voidaan arvioida epäsuorasti levykuormituskokeen ja pudotuspainomit-tauksen tulosten perusteella. Yksityiskohtaisempia ohjeita näiden mittaustentekemisestä on annettu Tielaitoksen julkaisussa Rakentamisen laadunvar-mistus, Alusrakenne ja päällysrakenteen sitomattomat kerrokset, TIEL2220003. Levykuormituskokeeseen ja pudotuspainomittaukseen perustuvattiiviysvaatimukset pengerrakenteiden materiaaleille on esitetty Tielaitoksenjulkaisussa Tierakennustöiden yleiset laatuvaatimukset ja työselitykset, Pen-ger- ja kerrosrakenteet.

Hienorakeisissa maakerroksissa esiintyvien vesipitoisuusvaihteluiden sel-vittämiseen voidaan käyttää radiometristä luotausta ja sähköistä maavas-tusluotausta. Sekä luotauksen suorittajan että luotaustulosten tulkitsijan ontällöin oltava erityisen hyvin perehtynyt käytettävän menetelmän toimintape-riaatteeseen. Luotauksiin perustuvat vesipitoisuusarvot on myös aina var-mistettava maakerroksesta otetuille näytteille laboratoriossa tehtävien vesi-pitoisuusmääritysten avulla.

10111213141516171819202122232425

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Vesipitoisuus, %

Tila

vuus

pain

o, k

N/m

3


3 LUJUUS- JA MUODONMUUTOSOMINAISUUKSIEN MÄÄRI-TYSMENETELMÄT

3.1 Savi, savinen siltti ja liejuLaboratorio- ja in-situ -mittauksetSavi ja savinen siltti sekä monissa tapauksissa myös lieju ovat maalajeja,joista on yleensä mahdollista ottaa rakenteeltaan kohtuullisen häiriintymät-tömiä maanäytteitä. Näiden maalajien staattista kuormitustilannetta vastaa-vat lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet voidaan määrittää sekä suljetus-sa että avoimessa tilassa tehtävin laboratoriokokein.

Suljetun tilan leikkauslujuus määritetään tavallisesti kartiokokeella, jonka yk-sityiskohtaiset suoritusohjeet on esitetty Suomen Geoteknillinen Yhdistysry:n julkaisussa Geotekniset laboratorio-ohjeet, GLO-85. Kartiokokeen lisäk-si suljetun tilan leikkauslujuuden määrittämiseen voidaan käyttää konsoli-doimatonta nopeasti leikattavaa kolmiaksiaalikoetta – UU-koetta, jonka yh-teydessä maanäytteestä voidaan määrittää myös suljetun tilan kimmomo-duulin arvo. Suoritusohjeet UU-kokeiden tekemiseen on esitetty kansainväli-sen geoteknisen yhdistyksen ISSMGE:n alakomitean ETC5 julkaisussaStandardisation of laboratory testing.

Tavallisin koemenetelmä saven, savisen siltin ja liejun avoimen tilan lujuus-parametrien määrittämiseen on konsolidoitu nopeasti leikattava kolmiaksiaa-likoe – CU-koe, jossa leikkausvaiheen aikana mitataan näytteen sisällä val-litsevaa huokosvedenpainetta. Useimmiten CU-kokeiden yhteydessä näyt-teen konsolidointi tehdään isotrooppisessa jännitystilassa, mutta toisinaanmyös anisotrooppisen konsolidoinnin käyttö voi olla perusteltua.

Toinen tapa avoimen tilan lujuusparametrien määrittämiseen on tehdä kon-solidoitujen näytteiden leikkaaminenkin avoimessa tilassa CD-koe-menetelmää käyttäen. Hienorakeisten maalajien tapauksessa koemenetel-män käyttöä rajoittaa kuitenkin kokeen pitkä kestoaika, joka saattaa enim-millään olla jopa useita viikkoja yhtä näytettä kohti. Lujuusparametrien lisäksiCD-kokeiden tuloksena saadaan määritettyä myös maalajin avoimen tilankimmomoduulin ja Poissonin luvun arvot näytteen kuormitustilannetta vas-taavalla jännitystasolla.

Suoritusohjeet sekä CU- että CD-koementelmillä tehtävien kolmiaksiaaliko-keiden tekemiseen on esitetty kansainvälisen geoteknisen yhdistyksenISSMGE:n alakomitean ETC5 julkaisussa Standardisation of laboratory tes-ting.

Kokoonpuristuvuusominaisuudet maalajeille, joista on mahdollista ottaa ra-kenteeltaan häiriintymättömiä näytteitä, määritetään tavallisimmin ödometri-kokeen avulla. Erityisesti humuspitoisilla maalajeilla tavanomaisten ödomet-rikokeiden lisäksi kestoltaan pitempiaikaisilla kuormitusportailla tehtävien hii-pumakokeiden tekeminen on usein tarpeen näiden maalajien sekundääri-painumaominaisuuksien selvittämiseksi.


Saville, savisille silteille ja ominaisuuksiltaan näitä vastaaville liejuille sovel-tuvista in-situ-mittausmenetelmistä tärkein on suljetun tilan leikkauslujuudenmäärittämiseen käytettävä siipikairaus. Siipikairauksen suoritusohjeet onesitetty Suomen Geoteknillinen Yhdistys ry:n julkaisussa Kairausopas II, Sii-pikairaus.


Kairausmenetelmistä saven, savisen siltin ja ominaisuuksiltaan näitä vastaa-vien liejujen lujuusominaisuuksien määrittämiseen soveltuu erityisesti puris-tinkairaus. Pehmeiden maalajien suuren mittaustarkkuusvaatimuksen joh-dosta tavanomainen kalusto soveltuu vain sitkeiden ja kovien hienorakeistenmaiden ominaisuuksien määritykseen. Puristinkairauksen tulosten perus-teella saadaan varsin luotettava arvio sekä maakerroksen suljetun tilan leik-kauslujuudesta että leikkauslujuuden vaihteluista maakerroksen sisällä. Oh-jeet puristinkairauksen suoritukseen ja tulosten tulkintaan on esitetty Suo-men Geoteknillinen Yhdistys ry:n julkaisussa Kairausopas VI, Puristinkaira-us, Puristinheijarikairaus.

Hienorakeisten maalajien kokoonpuristuvuusominaisuuksia voidaan konsoli-doitumisnopeuden osalta arvioida likimääräisesti suoraan maakerroksestajoko puristinkairauksen yhteydessä tai erikseen tehtävän huokospainekaira-uksen tulosten perusteella. Tässä yhteydessä on kuitenkin erityistä huomiotakiinnitettävä siihen, että huokospaineen mittaustarkkuus ja mittauksen erot-telukyky on riittävä konsolidoitumisnopeutta kuvaavien laskentaparametrienluotettavaan määrittämiseen. Ohjeita huokospainekai-rauksen suoritukseenon niin ikään annettu Suomen Geoteknillinen Yhdistys ry:n julkaisussa Kai-rausopas VI, Puristinkairaus, Puristinheijarikairaus.

Hienorakeisten maakerrosten suljetun tilan leikkauslujuutta voidaan arvioidalikimääräisesti myös maakerroksen esikonsolidaatiojännityksen ja maalajinplastisten ominaisuuksien perusteella. Tähän tarkoitukseen soveltuviasuuntaa-antavia riippuvuuksia eri suuntiin vaikuttavissa kuormitustilanteissaon esitetty kuvassa 10.2. Tehokkaaseen pystyjännitykseen perustuvaa arvi-ointimenettelyä sovellettaessa kuvan 10.2 mukaisten riippuvuuksien paik-kansapitävyys tarkasteltavana olevan kohteen olosuhteissa on kuitenkinerikseen varmistettava, koska leikkauslujuuden ja tehokkaan pystyjännityk-sen suhteen tiedetään riippuvan muun muassa maakerroksen sedimentoi-tumisvaiheen aikana vallinneesta veden suolapitoisuudesta.


Kuva 10.2 Suljetun tilan leikkauslujuuden arviointi maakerroksen luonnontilaisentehokkaan pystyjännityksen ja maalajin juoksurajan perusteella (SGIInformation 3, Utvärdering av skjuvhållfasthet i kohesionsjord).

Hienorakeisilla maalajeilla odotettavissa olevan konsolidaatiopainuman suu-ruutta on usein pyritty likimääräisesti arvioimaan maakerroksen vesipitoisuu-den perusteella. Näitä arviointimenettelyjä sovellettaessa on kuitenkin syytämuistaa, että vesipitoisuuden ja painumaparametrien väliseen yhteyteenvaikuttavat aina monet paikalliset tekijät kuten maakerroksen rakeisuusja-kautuma ja humuspitoisuus sekä sen syntyvaiheen aikaiset sedimentoitu-misolosuhteet.

3.2 Siltti ja hiekka

Laboratorio- ja in-situ-mittaukset

Laboratorio-olosuhteissa tehtävissä lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksi-en määrityksissä joudutaan käyttämään häiriintyneestä näytemateriaalistasullomalla valmisteltuja näytteitä. Laboratoriomääritysten edustavuuden jaluotettavuuden kannalta keskeisiksi tekijöiksi muodostuvat tällöin näytteentiiviystilan valinta sekä näytteen kyllästäminen vedellä ennen varsinaistenlujuus- ja muodonmuutosmääritysten tekemistä.

Juoksuraja, wL

0

0,1

0,2

0,3

0 25 50 75 100 %

s u/σ

c'

su aktiivinen kuormitussu keskimäärin

su suora leikkaussu passiivinen kuormitus

Aktiivinen kuormitusτ

τA

τD

τP

εf

Suora leikkaus

Passiivinen kuormitus

ε

σ3f

σ1fP σ1f

σ3f

D

A

σ3f

σ1f

Passiivinenkuormitus

Suora leikkaus Aktiivinenkuormitus


Keskeisin laboratoriokoemenetelmä karkealle siltille ja hiekalle tehtävissälujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määrityksissä on konsolidoituavoin kolmiaksiaalikoe eli CD-koe. Kolmiaksiaalikoesarjan tuloksena saa-daan tällöin määritettyä sekä maalajin tehokkaat lujuusparametrit että avoi-men tilan kimmomoduulin arvo.

Jos määrityksen päätavoitteena on kimmomoduulin arvon määrittäminen,CD-koesar-jassa testattavien näytteiden tiiviystila on tarkoituksenmukaistavalita mahdollisimman hyvin maakerroksen luonnontilaista tiiviyttä vastaa-vaksi. Muussa tapauksessa näytteet kannattaa sulloa niin tiiviiksi kuin sekäytössä olevan näytteiden valmistelutekniikan ja maarakeiden lujuudenpuolesta on mahdollista. Tällöin koesarjan yhteydessä mitattavan huippulu-juuden ja jäännöslujuuden perusteella voidaan arvioida maalajin kitkakulmanvaihtelua saavutetusta maksimitiiviydestä aina kriittisen tilan tiiviyteen asti.

Karkeilla ja keskikarkeilla hiekoilla kolmiaksiaalikoenäytteiden kyllästäminenennen niiden leikkaamista on yleensä varsin ongelmatonta, mutta hienoillahiekoilla ja runsaasti silttilajitetta sisältävillä maalajeilla laboratorio-olosuhteissa sullomalla valmisteltujen näytteiden kyllästämiseen tulee kiin-nittää erityistä huomiota. Tarvittaessa näytteiden kyllästymistä on tehostetta-va takapainetta käyttämällä.

Yksityiskohtaisempia ohjeita myös laboratorio-olosuhteissa valmistetuillenäytteille tehtävien kolmiaksiaalikokeiden suorituksesta on annettu kansain-välisen geoteknisen yhdistyksen ISSMGE:n alakomitean ETC5 julkaisussaStandardisation of laboratory testing.

Suoraan siltti- tai hiekkamaakerroksesta tehtäviin muodonmuutosmoduulinmäärityksiin soveltuvia koemenetelmiä ovat staattinen levykuormituskoe,pudotuspainomittaus sekä pressiometrikoe ja ruuvilevykoe, joista kahdenensinnä mainitun käyttöalue rajoittuu kuitenkin aivan maa- tai maarakenne-kerroksen pintaosaan. Pudotuspainomittausten perusteella määritettyjenmoduuliarvojen osalta on myös syytä ottaa huomioon, että suuremmastakuormitusnopeudesta johtuen varsinkin runsaasti hienorakeisia lajitteita si-sältävillä maalajeilla pudotuspainomittauksen avulla saatavat moduuliarvotovat muilla edellä mainituilla mittaustavoilla saatavia moduuliarvoja korke-ampia.


Myös siltti- ja hiekkamaakerrosten lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksienepäsuoraan arviointiin parhaiten soveltuva kairausmenetelmä on puristin-kairaus. Puristin-, paino- ja heijarikairauksen yhteydessä havaitun kairaus-vastuksen perusteella siltti- ja hiekkakerrosten lujuus- ja muodonmuu-tosominaisuuksia voidaan arvioida taulukon 10.1 mukaisesti. Taulukossaesitettyjen tiiviin tilan kitkakulma-arvojen osalta on kuitenkin syytä todeta,että välttämättä ne eivät edusta suurinta mahdollista kyseessä olevallamaalajilla tavattavaa kitkakulman huippuarvoa. Taulukossa 10.1 samoin kuintaulukossa 10.2 jäljempänä esitettyjä raja-arvoja ei myöskään ole tarkoitettusovellettavaksi tilanteissa, joissa maakerroksen tiiviystilan mahdollinen aliar-viointi johtaa tekniseltä tai taloudelliselta kannalta epävarmaan tai epätalou-delliseen lopputulokseen. Tyypillisenä esimerkkinä tällaisesta tilanteestavoidaan mainita pohjasuhdekuvausten laadinta.


Taulukko 10.1. Karkean siltin ja hiekan lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksienarviointi puristin-, paino- ja heijarikairausvastuksen perusteella(Pohjarakennusohjeet sillansuunnittelussa, TIEL 2172068).

Tilavuuspaino (kN/m3)pohja-

vedenpinnan

Janbun yhtälönmuodonmuutos-

parametriKairausvastus

MaalajiYlä-

puolellaAla-

puolella

Kitka-kulma

(º) Moduuli-lukum

Jännitys-ekspo-nentti β

Puristin-kairaus

qc (MPa)

Paino-kairaus

Pk/0,2 m

Heijari-kairausL/0,2 m

Löyhä 14 … 16 9 … 28 30 … 100 0,3 < 7 < 40 < 8

Keski-tiivis 30 70 … 150 0,3 7 … 15 40 … 100 8 … 25Karkea

siltti

Tiivis 16 … 18 11 32 100 … 300 0,3 > 15 > 100 > 25

Löyhä 15 … 17 9 … 30 50 … 150 0,5 < 10 20 … 50 5 … 15

Keski-tiivis 33 100 … 200 0,5 10 … 20 50 … 100 15 … 30

Hienohiekka

d10<0,06Tiivis 16 … 18 11 36 150 … 300 0,5 > 20 > 100 > 30

Löyhä 16 … 18 10 … 32 150 … 300 0,5 < 6 10 … 30 5 … 12

Keski-tiivis 35 200 … 400 0,5 6 … 14 30 … 60 12 … 25

Hiekkad10>0,06

Tiivis 18 … 20 12 38 300 … 600 0,5 > 14 > 60 > 25

3.3 Sora, moreenit ja murskaustuotteet

Laboratorio- ja in-situ-mittaukset

Sora- ja moreenimaalajien sekä murskaustuotteiden ominaisuuksien mää-rittämistä laboratorio-olosuhteissa rajoittaa materiaalien karkearakeisuus.Mitään periaatteellisia esteitä tavanomaisten kolmiaksiaalikoemenetelmienkäytölle näidenkään maalajien tapauksessa ei kuitenkaan ole, kunhan tes-tattavan materiaalin maksimiraekoko ei ylitä noin 1/5 käytössä olevan labo-ratoriokokeen näytehalkaisijasta. Karkearakeisten maalajien suuresta jäyk-kyydestä johtuen muodonmuutosominaisuuksien määrittämisessä on kuiten-kin kiinnitettävä erityistä huomiota siihen, että käytettävän kuormituslaitteis-ton mekaaniset joustot eivät aiheuta virhettä mittaustuloksiin.

In-situ –mittausmenetelmistä soran, moreenien ja murskaustuotteiden pa-lautuvaa muodonmuutoskäyttäytymistä kuvaava moduuliarvo voidaan mää-rittää levykuormituskoetta tai pudotuspainomittausta käyttäen.


Sekä pudotuspainomittauksen että levykuormituskokeen osalta on syytä to-deta, että lähinnä niiden antamat tulokset edustavat tutkittavan materiaalinkäyttäytymistä maa- tai maarakennekerroksen pintaosassa noin 1,0 – 1,5kertaa käytettävän kuormituslevyn halkaisijaa vastaavalle syvyydelle asti.Jos mittauksen kohteena olevan rakenteen kerrospaksuudet tunnetaan, pu-dotuspainomittauksen syvyys ulottumaa voidaan kuitenkin jossain määrinkasvattaa mittaamalla pudotuksesta aiheutuneen taipumasuppilon muotoa jaratkaisemalla kerrosten moduuliarvot tämän jälkeen niin kutsuttuja takaisin-laskentamenettelyjä käyttäen.

Runsaasti kiviä ja muita karkeita lajitteita sisältävillä materiaaleilla sekä levy-kuormituskokeen että pudotuspainomittauksen tulosten odotettavissa olevahajonta on suuri, mistä johtuen määritykset on niillä toistettava riittävän mo-nena rinnakkaiskokeena.


Sora- ja moreenimaalajien lujuus- ja muodonmuutosparametrejä voidaanarvioida epäsuorasti maakerrosten kairausvastukseen perustuen. Kysymyk-seen tulevia kairausmenetelmiä ovat tällöin paino- ja heijarikairaus, joidenosalta arvioinnin pohjaksi soveltuvia kairausvastuksen arvoja on esitettytaulukossa 10.2. Sekä tiiviin tilan kitkakulma-arvojen että taulukossa esitet-tyjen kairausvastuksen raja-arvojen osalta taulukkoa 10.2 koskevat samatrajoitukset kuin mitä taulukon 10.1 yhteydessä edellä on esitetty.


Taulukko 10.2. Kairausvastukseen perustuva lujuus- ja muodonmuutosparametri-en arviointi soralla ja moreenilla (Pohjarakennusohjeet sillansuun-nittelussa, TIEL 2172068).

Tilavuuspaino(kN/m3) pohja-vedenpinnan

Janbun yhtälönmuodonmuutos-

parametriKairausvastus

Maalaji

Ylä-puolella

Ala-puolella

Kitka-kulma

(º) Moduulilukum

Jännitys-eksponentti

β

Puristin-kairaus

qc (MPa)

Paino-kairaus

Pk/0,2 m

Heijari-kairausL/0,2 m

Löyhä 17 … 19 10 … 34 300 … 600 0,5 < 5,5 10 … 25 5 … 10

Keski-tiivis 37 400 … 800 0,5 5,5 … 12 25 … 50 10 … 20Sora

Tiivis 18 … 20 12 40 600 … 1200 0,5 > 12 > 50 > 20

Hyvinlöyhä 16 … 19 10 … 12 … 34 (≤100) *

300 … 600 0,5 < 10 < 40 < 20

Löyhä 17 … 20 10 … 12 … 36 (100...250)*600 … 0,5 > 10 40 … 100 20 … 60

Keski-tiivis 18 … 21 11 … 13 … 38 800 … 0,5 - > 100 60 … 140

Moreeni

Tiivis 19 … 23 11 … 14 … 40 1200 … 0,5 - Lyömällä > 140

* jos moreeni ei ole ollut jäätikön puristamana

3.4 Louhe

Louheen karkearakeisuudesta johtuen muilla maalajeilla käyttökelpoiset la-boratorio- ja in-situ –mittausmenetelmät eivät sovellu sen lujuus- ja muo-donmuutosominaisuuksien määrittämiseen. Sama pätee myös kairaustu-losten käyttöön perustuviin arviointimenetelmiin. Niinpä käytännössä ainoatapa arvioida louheen lujuus- ja muodonmuutosparametrejä on tehdä seepäsuorasti materiaalin rakeisuusjakautumaan ja tiiviystilaan perustuen. Li-kimääräisesti arviointi voidaan tehdä taulukon 10.3 mukaisesti. Kunkin omi-naisuuden osalta taulukossa esitetyn vaihtelualueen alaraja-arvon voidaantällöin otaksua edustavan rakeisuusjakautumaltaan lajittuneen louheen löy-hän tilan ominaisarvoa ja yläraja-arvon vastaavasti rakeisuusjakautumaltaansuhteistuneen louheen tiiviin tilan ominaisarvoa.

Taulukko 10.3. Louheen lujuus- ja muodonmuutosparametrien likimääräinen arvi-ointi.

Louheen raekoko Tilavuuspaino(kN/m3)

Moduulilukum

Jännitys-eksponentti

β

Kitkakulmanhuippuarvo

(º)Esimurskattu louhe

0…150 /0…300 mm

17 … 22 500 … 2000 0,5 38 … 50

Louhe 0…300 /0…600 mm 17 … 22 300 … 1500 0,5 38 … 50


3.5 Turpeet


Yleisesti ottaen turvemaalajien lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksia voi-daan luonnehtia hyvin vaikeasti hallittaviksi, koska normaaleista kivennäis-maalajeista poiketen turpeessa tapahtuu aina myös pitkäaikaisia maatumis-reaktioita. Näistä ja turpeen suuresta vesipitoisuudesta johtuen muun muas-sa painumat turvealueilla ovat sekä suuria että erittäin pitkäaikaisia.

Normaaleille kivennäismaalajeille käyttökelpoisten laboratorio- ja in-situ-mittausmenetelmien soveltamista turpeiden lujuus- ja muodonmuutosomi-naisuuksien määrittämiseen rajoittaa turvemaalajeille ominainen kuituinenrakenne. Tavanomaisissa laboratoriomäärityksissä tarvittavien maanäyttei-den ottaminen onkin yleensä mahdollista vain turpeista, joiden maatu-misaste on korkea, ja tällöinkin näytteenottoon voidaan silti joutua käyttä-mään erikoiskalustoa.

Laboratoriotutkimusmenetelmistä maatuneen turpeen lujuus- ja muodon-muutosominaisuuksien määrittämiseen soveltuvat sekä riittävän suurellanäytekoolla tehtävät ödometri- että kolmiaksiaalikokeet. Turpeen suurestavesipitoisuudesta johtuen konsolidoitumisen yhteydessä tapahtuva tilavuu-denmuutos molempien koetapojen yhteydessä on kuitenkin erittäin suuri.Turpeen sisältämän kiintoaineksen eloperäisyydestä johtuen sen lujuus- jamuodonmuutosominaisuudet ovat myös voimakkaasti kuormitusnopeudestariippuvaisia ja sekundääripainuman osuus ödometrikokeen tuloksissa on hy-vin merkittävä. Heikosti ja keskinkertaisesti maatuneiden turpeiden kuitui-sesta rakenteesta johtuen laboratoriossa tehtävät lujuusmääritykset antavatmyös pääsääntöisesti liian optimistisen kuvan turpeen lujuusominaisuuksis-ta.


Kairausmenetelmät eivät sovellu turpeen lujuus- ja muodonmuutosominai-suuksien arviointiin. Varsinkin heikosti maatuneilla turvekerroksilla kairaus-vastus voi vaihdella huomattavasti. Runsaasti puita sisältävissä turvekerrok-sissa kairan tunkeutuvuus voi myös olla heikko.

4 KOETULOSTEN TULKINTA

4.1 Moduuliarvojen määritys

Muodonmuutostason vaikutus

Kaikille maamateriaaleille on ominaista, että niiden kuormitus-muodonmuutos-käyttäytyminen voidaan arvioida lineaarisesti kimmoiseksivain hyvin alhaisella muodonmuutostasolla. Muodonmuutostason kasvaessamateriaalin jäykkyys alenee ja samalla yhä kasvava osa muodonmuutok-sesta on palautumatonta eli plastista.

Suuntaa-antavasti moduuliarvojen riippuvuuden muodonmuutostasosta voi-daan otaksua olevan kuvan 10.3 mukainen. Siinä eri muodonmuutostasojavastaavat leikkausmoduuliarvot on normalisoitu hyvin alhaista muodonmuu-tostasoa edustavan niin kutsutun maksimileikkausmoduulin Gmax avulla.


Tämän lisäksi kuvassa 10.3 on niin ikään suuntaa antavasti esitetty erikuormitustilanteisiin ja toisaalta erilaisiin moduuliarvojen määritysmenetel-miin liittyviä tyypillisiä muodonmuutostasoja.

Kuva 10.3. Leikkausmoduulin periaatteellinen vaihtelu muodonmuutostasonfunktiona sekä eri kuormitustilanteisiin ja muodonmuutosominaisuuk-sien määritysmenetelmiin liittyviä tyypillisiä muodonmuutostasoja.

Leikkausmuodonmuutos γ

G/G

max

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

010-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2

Koetyyppi

10-1

Leikkausmuodonmuutos γ10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2

Kuormitustyyppi

10-1

Leikkausmuodonmuutos γ10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1

Dynaaminen kolmiaksiaalikoe

Normaali kolmiaksiaalikoe

Erityistarkkaa muodon-muutosmittaustakäytettäessäBender element

Seismiset kokeet

KoneperustuksetMerirakenteet

Maanjäristykset

LiikennekuormituksetStaattiset kuormitukset(Tierakenne)(Tärinä)

Resonant column


β

σσσ

−

=

1

00mM

Jännitystilan vaikutus

Maamateriaaliin kohdistuvan hydrostaattisen jännitystilakomponentin kasvukasvattaa myös tiettyä muodonmuutostasoa vastaavien muodonmuutosmo-duulien arvoja periaatteessa kaikilla maamateriaaleilla. Käytännössä tämätapahtuu kuitenkin vain avoimissa kuormitusolosuhteissa, eli vasta sitä mu-kaa kun jännitystilassa tapahtunut muutos välittyy maarakeitten väliseksi te-hokkaaksi jännitykseksi.

Erityisesti karkearakeisilla materiaaleilla jännitystason kasvun vaikutustamateriaalin moduuliarvoon voidaan arvioida kaavan 10.1 mukaisesti:

(10.1)

missäE on kimmomoduuliθ on pääjännitysten summaθ0 on vertailujännitys 100 kPak1 on materiaaliparamateri (’moduuliluku’)k2 on materiaaliparamateri (’jännityseksponentti’), jolle kar-

kearakeisilla maalajeilla voidaan tavallisesti otaksua arvok2 = 0,5.

Hienorakeisilla maalajeilla sovelletaan vastaavasti tangenttimoduulimene-telmää, jonka mukaisesti:

(10.2)

missäM on kokoonpuristuvuusmoduuliσ on tehokas pystysuuntainen jännitysσ0 on vertailujännitys 100 kPam on moduulilukuβ on jännityseksponentti

Deviatorisen jännitystilakomponentin kasvulla on vastaavasti maamateriaali-en muodonmuutosmoduuleja alentava vaikutus. Ainoan poikkeuksentästä voivat muodostaa tiiviit karkearakeiset maalajit, joilla tietyissäkuormitusolosuhteissa voi deviatorisen jännityksen kasvaessa esiintyädilataatiosta johtuvaa tilapäistä jäykkyyden kasvua. Hienorakeisilla maa-lajeilla, joilla deviatorisen jännitystilakomponentin vaikutuksen huomioonottaminen teiden pohjarakenteiden yhteydessä lähinnä voi tulla kysy-mykseen, vaikutus on periaatteessa kaavan 10.3 mukaista muotoa.

2

001

k

kE

=

θθθ


4

003

kqkE

=

θθ (10.3)

missäE on kimmomoduuliq on deviatorinen jännitysθ0 on vertailujännitys 100 kPak3 on materiaaliparamateri (’moduuliluku’)k4 on materiaaliparamateri (’jännityseksponentti’)


Varsinkin runsaasti silttilajitetta sisältävistä maakerroksista rakenteeltaantäysin häiriintymättömien maanäytteiden ottaminen on käytännössä mahdo-tonta. Näin ollen myöskään näytteille tehtävien moduulimääritysten tulokseteivät tällöin edusta maakerroksen todellista käyttäytymistä. Koetavasta riip-pumatta näytteen häiriintyneisyyden vaikutus on periaatteessa aina moduu-liarvoja alentava.

Käytännössä ainut tapa, jolla näytteen häiriintyneisyydestä aiheutuvaa vir-hettä voidaan jossain määrin pienentää, on esikonsolidoida näyte ennenmoduulimäärityksen tekemistä mahdollisimman tarkoin maakerroksen luon-nontilaista jännitystilaa vastaaviin olosuhteisiin. Mieluiten konsolidoinnin tulisitällöin tapahtua maakerroksen todellisia olosuhteita vastaavassa aniso-trooppisessa jännitystilassa.

Koetekniikan vaikutus

Aina kun laboratoriomittauksilla pyritään määrittämään maamateriaalin mo-duuliarvoja tavanomaisten staattisten kuormitusten tyypillistä muodonmuu-tostasoa (kuva 10.3) alhaisemmilla muodonmuutoksilla, muodonmuutosmit-tausten tarkkuuteen on kiinnitettävä erityistä huomiota. Esimerkiksi kolmiak-siaalikokeiden yhteydessä tämä merkitsee käytännössä sitä, että muodon-muutosmittaus on tehtävä joko suoraan testattavan näytteen pinnalta tailaitteiston muodonmuutokset on muutoin kalibroitava erittäin huolellisesti.

4.2 Painumakokeet

Painumakokeiden suoritustavat

Hienorakeisten maalajien konsolidaatio-ominaisuuksien määrittämiseenkäytettävä painumakoe, ödometrikoe, voidaan tehdä sekä portaittaiseen ettäportaattomaan kuormituslisäykseen perustuvia koemenetelmiä käyttäen.

Tavanomaisin tapa portaittaiseen kuormituslisäykseen perustuvan ödometri-kokeen tekemiseen on koemenetelmä, jossa kunkin kuormitusportaan kestoon 24 tuntia. Toisinaan kokeen suoritusta on kuitenkin pyritty nopeuttamaanlisäämällä kuormitusta aina kun edellisen kuormituslisäyksen vaikutuksestamaanäytteeseen kehittynyt huokosvedenpaine on alentunut tiettyä kyn-nysarvoa alhaisemmaksi.


11

1'1 C

m v

+

=

β

σσ

βε

21

1'ln1 C

m v

+

=

σσ

ε

Portaattomaan kuormituslisäykseen perustuvista koetavoista Suomessa sel-västi yleisimmin käytetty on vakio muodonmuutosnopeudella tehtävä CRS-koe. Muita mahdollisia portaattomien ödometrikokeiden suoritustapoja ovatmuun muassa vakio kuormitusnopeudella tehtävä koe sekä näytteestä mi-tattavan huokosvedenpaineen perusteella ohjattavaa kuormitusta käyttäväkoe.

Suoritusperiaatteeltaan portaattomaan kuormituslisäykseen perustuvienödometrikokeiden kaltainen konsolidointikoe K0-koe voidaan tehdä myösjännityspolkuohjattua kolmiaksiaalilaitetta käyttäen. Sen yhteydessä näyt-teen muodonmuutostila on ödometrikokeen tapaan yksiulotteinen, muttapystysuuntaisen jännityksen lisäksi myös näytteeseen kohdistuva vaakajän-nitys tunnetaan. K0-koe on erityisen hyödyllinen esimerkiksi kriittisen tilanmaamalliin tai muihin kehittyneisiin maamalleihin perustuvien mitoitustar-kastelujen lähtöparametrien määrittämisessä.

Koska 24 tunnin kuormitusportain tehtävän ödometrikokeen tulosten sovel-tamisesta käytännön painumalaskelmiin on kymmenien vuosien kokemus jakoska sen yhteydessä pystytään useimmilla maalajeilla määrittämään myösmaakerroksen sekundääripainuman laskennassa tarvittavat parametrit, onportaittaiseen kuormitustapaan perustuvien rinnakkaiskokeiden tekeminensuositeltavaa silloinkin kun pääosa painumakokeista tehdään portaattomaankuormituslisäykseen perustuvia koemenetelmiä käyttäen.

Painumalaskelman suoritustavat

Janbun tangenttimoduulimenetelmä

Janbun tangenttimoduulimenetelmässä maakerroksen tehokkaan pystyjän-nityksen ja suhteellisen kokoonpuristuman välillä otaksutaan olevan kaavan10.4 osoittama yhteys. Kaavan mukaisesti maakerroksen painumiskäyttäy-tymistä tietyllä jännitysalueella kuvaavia materiaaliparametreja on kaksi -moduuliluku m ja jännityseksponentti β. Näiden lisäksi painumakokeen tu-loksista on luonnollisesti määritettävä konsolidaatiojännitys σc’, jolloin tietystäkuormituslisäyksestä maakerrokseen aiheutuva suhteellinen kokoonpuristu-ma on tarvittaessa laskettava erikseen sekä konsolidaatiojännityksen ala-puolelle jäävälle että sen ylittävälle kuormituslisäyksen osalle. Yksityiskoh-taisemmin tangenttimoduulimenetelmään perustuvan painumalaskelmansuoritusperiaatteita on esitetty muun muassa Suomen RakennusinsinöörienLiitto ry:n julkaisussa RIL 157-I, Geomekaniikka I.

, kun β ≠ 0 (10.4a)

, kun β = 0 (10.4b)

missäε1 on suhteellinen kokoonpuristumaσ1’ on tehokas pystysuuntainen jännitysσv on vertailujännitys 100 kPam on materiaaliparamateri (’moduuliluku’)β on materiaaliparamateri (’jännityseksponentti’)


+

=''log

1 0

1

01 σ

σε

eCc

Ruotsalainen menetelmä

Kokoonpuristuvuusmoduuliarvojen suoraan soveltamiseen perustuvan las-kentamenetelmän periaatetta on havainnollistettu kuvassa 10.4. Tässä las-kentamenetelmässä maakerroksessa tapahtuvan konsolidaatiopainumansuuruutta arvioidaan otaksumalla kokoonpuristuvuusmoduulille vakioarvotjännitysväleillä 0 … σc’ ja σc’ …σL’ sekä jännitystasosta riippuva moduuliarvojännitysalueille σ’ > σL’.

Kokoonpuristuvuusindeksi-menetelmä

Kokoonpuristuvuusindeksiin perustuvassa laskentamenetelmässä maaker-roksen huokosluvun ja siinä vaikuttavan tehokkaan pystysuuntaisen jänni-tyksen logaritmin välillä otaksutaan olevan lineaarinen yhteys. Maakerroksentehokkaan pystyjännityksen ja suhteellisen kokoonpuristuman välinen yhteyssaa tällöin kaavan 10.5 mukaisen muodon. Janbun muodonmuutosfunktioonperustuvassa laskentamenetelmässä kaavan 10.5 mukainen otaksumavastaa jännityseksponentin kiinnittämistä vakioarvoksi β = 0.

(10.5)

missäε1 on suhteellinen kokoonpuristumaCc on kokoonpuristuvuus indeksie0 on materiaalin huokosluku kun tehokas pystysuuntainen

jännitys on σ0’σ1’ on tehokas pystysuuntainen jännitys tarkasteltavassa

tilanteessa


Kuva 10.4. Kokoonpuristuvuusmoduuliarvojen suoraan soveltamiseen perustu-van painumalaskennan periaate ja konsolidaatiojännityksen redu-sointi tässä yhteydessä (SGI Information 13, Sättningsprognosernaför bankar på lös finkornig jord – Beräkning av sättningarnas storlekoch tidsförlopp).

Koetulosten nopeusriippuvuus

Hienorakeisten maalajien reologisesta luonteesta johtuen painumakokeidenkuormitusnopeudella on selvä vaikutus näytteeseen vaikuttavan kuormituk-sen ja tätä vastaavan kokoonpuristuman vuorosuhteeseen. Näin ollen kuor-mitusnopeuden mahdollinen vaikutus on aina otettava huomioon sovelletta-essa ödometrikokeen tuloksia painumalaskentaan.

Janbun muodonmuutosfunktion käyttöön perustuvassa painumalaskennassakonsolidaatiojännityksen arvo redusoidaan kaavojen 10.6 ja 10.7 mukaisellaempiirisellä menettelyllä (Maanvarainen tiepenger savikolla - Suunnitteluoh-je, TIEL 3200276) vastaamaan kuormitusnopeutta 10-7 1/s, joka vastaa suu-ruusluokaltaan tavanomaisen 24 tunnin kuormitusportain tehtävän ödometri-kokeen kuormitusnopeutta kuormitusportaiden loppuvaiheessa.

Tehokas jännitys, kPa0 20 40 60 80100120140 160

0

5

10

15

20

252000

1600

1200

800

400

0a σL'

M0

σc'

Koko

onpu

ristu

ma,

%Ko

koon

puris

tuvu

usm

oduu

li, k

PaDet

c

σc'

c

c

∆M

∆σ'∆M∆σ'M'=ML


B

laskenta

koek

= •

•

ε

ε

kkoec

laskentac'' σσ =

koekmm koelaskentaβ−⋅=

koelaskenta ββ =

(10.6)

(10.7)

missä

koe

•

ε on ödometrikokeen muodonmuutosnopeus kon-solidaatiojännityksen kohdalla

laskenta

•

ε on muodonmuutosnopeus, jota vastaavaksi tuloshalutaan redusoida (10-7 1/s)

σc’koe on kokeesta määritetty konsolidaatiojännitysσc’laskenta on laskennassa käytettävä konsolidaatiojännitysB on sovituskäyrän parametri. Suositus: B = 0,0728.k on korjauskerroin. Yleensä k > 1.

Konsolidaatiojännityksen redusoinnin ohella oleellisen tärkeää on tehdävastaava korjaus myös moduuliluvun m arvoon kaavan 10.8 mukaisesti.Jännityseksponentin β arvoa konsolidaatiojännityksen redusoinnin yhtey-dessä ei muuteta (kaava 10.9).

(10.8)

(10.9)

missämkoe, βkoe ovat kokeesta määritetty moduuliluku ja jän-

nityseksponenttimlaskenta, βlaskenta ovat laskennassa käytettävä moduuliluku ja

jännityseksponentti

Koska vertailunopeutena konsolidaatiojännityksen redusoinnissa käytetäännopeutta, joka vastaa suunnilleen 24 tunnin kuormitusportaisiin perustuvanödometrikokeen kuormitustilannetta, ei redusointia tämän koetavan yhtey-dessä normaalisti tarvita. Poikkeuksena tästä on tilanne, jossa painumako-keet on tehty maakerroksen luonnontilaista lämpötilaa vastaavissa olosuh-teissa. Tällöin redusointinopeutena tulee käyttää maakerroksen todellistakuormitustilannetta vastaavaa nopeutta.

Erityistä huomiota painumaparametrien redusointiin on kiinnitettävä silloinkun jännityseksponentin β arvo on voimakkaasti negatiivinen. Yksityiskohtai-semmin painumaparametrien redusointia ja painumalaskelma mahdollisiavirhelähteitä on käsitelty julkaisussa Painumalaskentamenetelmien käyttö-kelpoisuuden arviointi, TIEL 32000630.


''0v

koeckσ

σ=

β−⋅= kmm koelaskenta

Toinen tapa erityisesti portaattomaan kuormituslisäykseen perustuvilla koe-tavoilla tehtyjen ödometrikokeiden nopeusvaikutuksen huomioon ottamiseenon esitetty edellä kuvassa 10.4. Menetelmä soveltuu käytettäväksi varsinkinsilloin, kun painumalaskenta tehdään suoraan kokeen yhteydessä mitattuihinkokoonpuristuvuusmoduulin M arvoihin perustuen.

Suositeltavat painumakokeen koenopeudet

Tavanomaisella 15 - 20 mm näytekorkeudella vakio muodonmuutosnopeu-della tehtävän CRS-kokeen kuormitusnopeuden tulisi olla taulukon 10.4 mu-kainen.

Taulukko 10.4. Vakio muodonmuutosnopeudella tehtävän CRS-kokeen suositel-tavat koenopeudet.

Maalaji CRS-kokeen nopeus (mm/min)Lihava savi, lieju ≤ 0,0015

Laiha savi, silttinen savi 0,0015 … 0,0025Savinen siltti, siltti 0,0025 … 0,005

Lievästi ylikonsolidoituneet maakerrokset

Painumakokeiden perusteella lievästi ylikonsolidoituneiksi arvioidut maaker-rokset halutaan painumalaskennan yhteydessä monesti tulkita normaalistikonsolidoituneiksi. Myös tässä tapauksessa Janbun muodonmuutosfunkti-oon perustuvan painumalaskennan yhteydessä moduuliluvun arvoa on ainaredusoitava. Redusointimenettely on tällöin seuraava:

(10.10)

(10.11)

missäσc’koe on kokeesta määritetty esikonsolidaatiojännitysσv0’ on maakerroksen luonnontilainen pystyjännitys

Yksityiskohtaisemmin erilaisia konsolidaatiopainuman laskentatapoja ja nii-den mahdollisia virhelähteitä on käsitelty julkaisussa Painumalaskentame-netelmien käyttökelpoisuuden arviointi, TIEL 32000630.


Moduulimääritysten tapaan näytteen häiriintyneisyys vaikuttaa aina myöspainumakokeen tuloksiin. Luonteenomaista häiriintyneestä näytteestä saa-taville koetuloksille on, että konsolidaatiojännityksen määrittäminen on han-kalaa ja määrityksen tulos on epävarma. Pääsääntöisesti häiriintyneestänäytteestä saatujen koetulosten perusteella tehty painumalaskelma aliarvioivastaavan häiriintymättömän näytteen perusteella saatavaa painuma-arviota. Viime kädessä laskentatuloksen virhe riippuu varsin voimakkaastiesikonsolidaatiojännityksen määritykseen liittyvän epätarkkuuden suuruu-desta.


Jos rakenteeltaan häiriintymättömiä maanäytteitä ei ole mahdollista ottaa,suositellaan painumakoenäytteen esikonsolidointia maakerroksen luonnon-tilaista jännitystasoa vastaavalla kuormituksella. Tämän jälkeen varsinainenpainumakoe ja painumalaskennassa käytettävien parametrien määritys esi-konsolidoidulle näytteelle tehdään häiriintymättömille maanäytteille tehtävänpainumakokeen tapaan.

Hyvälaatuisillakin maanäytteillä muun muassa näytteenoton ja painumako-keen valmistelun yhteydessä tapahtuvat jännitystilamuutokset sekä maanluonnontilaisen rakenteen häiriintyminen vaikuttavat aina jonkin verran maa-näytteen käyttäytymiseen painumakokeen yhteydessä. Erityisesti tämä nä-kyy koetuloksissa siten, että esikonsolidaatiojännitystä pienemmillä kuormi-tuksilla mitattavat painumat ovat maakerroksen todellista käyttäytymistä suu-rempia. Tästä johtuen maakerroksen ylikonsolidoituneen alueen painuma-laskenta on suositeltavinta tehdä painumakokeen palautusvaiheen tai mah-dollisen uudelleenkuormitusvaiheen yhteydessä havaittuun käyttäytymiseenperustuvia laskentaparametreja käyttäen. Kuormitus, josta palautus tehdään,ei tällöin kuitenkaan saa olla kohtuuttoman suuri suhteessa maakerroksenesikonsolidaatiojännitykseen.

4.3 Lujuusominaisuuksien määritys

Kuormitussuunnan vaikutus

Jääkauden sulamisvaiheessa muodostuneiden maakerrosten rakenne onniiden syntytavasta johtuen aina jossain määrin kerroksellinen. Muun muas-sa tästä johtuen myös niiden lujuusominaisuudet riippuvat materiaaliin koh-distuvan kuormituksen suunnasta. Helpoissa suunnittelukohteissa tätä eiyleensä tarvitse ottaa huomioon, mutta vaativammissa kohteissa tarvettakuormituksen todellisen vaikutussuunnan tarkempaan jäljittelemiseen on ta-pauskohtaisesti harkittava.

Lujuusominaisuuksien määrittämisessä kysymykseen tulevia laboratorio-koemenetelmiä mahdollisen liukupinnan eri osilla on esitetty aiempana ku-vassa 10.2. In-situ –mittausmenetelmistä vaaka- ja pystysuuntaisilla leikka-uspinnoilla vallitsevan suljetun tilan leikkauslujuuden mahdollista eroa voi-daan vastaavasti arvioida muodoltaan erilaisilla siivillä tehtävien rinnakkais-ten siipikairausten perusteella.

Kuivatusolosuhteiden vaikutus

Myös kuivatusolosuhteiden osalta pääsääntönä on, että lujuusominaisuudetmääritetään mahdollisimman hyvin todellisen kuormitustilanteen kriittisintätilannetta vastaavissa olosuhteissa. Näin ollen määritykset tehdään suljetus-sa tilassa silloin, kun maakerrokseen kohdistuva kuormitus kasvaa ja avoi-messa tilassa vastaavasti silloin, kun maakerrokseen kohdistuva kuormituspienenee. Poikkeuksen tästä muodostavat kuitenkin huonosti vettä läpäise-vät hienorakeiset maalajit, joilla avointa tilaa vastaavien tehokkaiden lujuus-parametrien määritys on useimmiten tarkoituksenmukaisinta tehdä suljetuillakokeilla, joiden yhteydessä näytteen sisälle kehittyvää huokosvedenpainettamitataan näytteen kuormituksen aikana.


Tilanteissa, joissa maapohjan kuormitus samanaikaisesti toisaalta esimer-kiksi tehtävien pengerrystöiden vaikutuksesta kasvaa ja toisaalta pengerrysalueen lähistöllä tehtävien maaleikkaustöiden vaikutuksesta alenee, kriittisintilanne saattaa esiintyä teoreettisen suljetun ja avoimen kuormitustilanteenvälillä. Tällöin kuormitustilanteen stabiliteetti arvioidaan tehokkaisiin lujuus-parametreihin ja otaksutun tai mitatun huokosvedenpainejakautuman avullamääritettyihin tehokkaisiin jännityksiin perustuvalla analyysillä.

Muodonmuutostason ja konsolidaatiotilan vaikutus

Avoimessa tilassa kuormitettaville tiiviille, karkearakeisille maalajeille onominaista, että melko alhaisella muodonmuutostasolla niiden leikkauslujuussaavuttaa huippuarvon, jonka ylittymisen jälkeen leikkauslujuus alenee, kun-nes se saavuttaa niin kutsutun jäännöslujuuden arvon (kuva 10.5). Tässävaiheessa materiaali myös on löyhtynyt niin kutsuttua kriittistä tiiviyttä vas-taavaan tiheyteen. Kun lujuusominaisuuksien määrityksessä käytettävätnäytteet tällöin sullotaan mahdollisimman tiiviiseen tilaan, voidaan samankoesarjan perusteella määrittää sekä tiivistä tilaa että kriittistä tiiviyttä vas-taavat kitkakulman arvot.

Kuva 10.5. Mobilisoituneen kitkakulman periaatteellinen vaihtelu muodonmuu-tostason funktiona tiiviillä ja löyhällä kitkamaalla (SGI Information 8,Hållfasthet i friktionsjord).

Tila

vuud

en m

uuto

s,ε v

Tiivis näyte

Tiivis näyte

Löyhä näyte

Löyhä näyte

Koko

onpu

ristu

ma

Laaj

enem

aM

obilis

oitu

nut k

itkak

ulm

a,φ '

mob

φ'cv

φ'max

φ'mob- α

Leikkausmuodonmuutos, εγ

αmax= arctan (-dεv/dεγ)

-α

εγ


Myös avoimessa tilassa kuormitettavilla ylikonsolidoituneilla hienorakeisillamaalajeilla leikkauslujuuden riippuvuus muodonmuutostasosta on periaat-teessa tiiviitä kitkamaalajeja vastaava. Runsaasti savilajitetta sisältävillämaamateriaaleilla jäännöslujuutta voi murtopinnan läheisyydessä tapahtu-van löyhtymisen lisäksi kuitenkin alentaa myös savipartikkeleiden suuntau-tuminen murtopinnan määräämän tason mukaisesti.

Avoimessa tilassa kuormitettaville löyhille, karkearakeisille maalajeille sa-moin kuin normaalisti konsolidoituneille hienorakeisille maalajeillekin onvastaavasti ominaista, että niillä leikkauslujuus lähestyy muodonmuutosta-son kasvaessa asymptoottisesti kriittisen tilan tiiviyttä vastaavaa jäännöslu-juutta (kuva 10.5).

Myös suljetussa tilassa kuormitettavan maamateriaalin leikkauslujuusmuuttuu muodonmuutostason kasvaessa, mutta pääasiallisena syynä tähänon huokosvedenpaineen muutoksista aiheutuvat tehokkaiden jännitystenmuutokset. Normaalisti konsolidoituneilla maamateriaaleilla huokosveden-paine vaikuttaa tällöin tehokkaita jännityksiä alentavasti ja ylikonsolidoitu-neilla maamateriaaleilla vastaavasti näitä kasvattavasti. Suljetussa tilassatehtyjen laboratoriokokeiden tuloksista erilaisia muodonmuutostasoja vas-taavat tehokkaiden lujuusparametrien arvot voidaan luotettavimmin määrit-tää jännityspolkukuvaajia käyttäen (kuva 10.6).

Kuva 10.6. Lujuusparametrien määritys pq-koordinaatistoon piirrettyjen jännitys-polkukuvaajien avulla.

Kuten kuvassa 10.7 on periaatteellisella tasolla esitetty, eri maalajeilla jaerilaisessa konsolidaatiotilassa olevilla maakerroksilla leikkauslujuudenhuippuarvon mobilisoituminen edellyttää toisistaan poikkeavaa muodon-muutostasoa. Tästä johtuen murtorajatilatarkasteluissa leikkauslujuuden saaotaksua huippuarvon suuruiseksi vain yhdessä geoteknisessa maakerrok-sessa kerrallaan. Muiden maakerrosten osalla leikkauslujuus on vastaavastiotaksuttava leikkauslujuuden jäännösarvoa tai maakerroksen todellistamuodonmuutostasoa vastaavaksi. Pehmeän tai routivan pohjamaan päälläolevien tien rakennekerrosten ja pengertäytteen leikkauslujuutena on stabi-liteettitarkasteluissa aina käytettävä jäännöslujuutta.

200

150

100

50

100 200 300 400Keskimääräinen pääjännitys, p [kPa]

Dev

iato

rinen

jänn

itys,

q [

kPa]

qo

ηmax

1

2

3sin φ' =

3 tan η

6 + tan η

c' =3 - sin φ'

6 cos φ'q0


Kuva 10.7. Leikkauslujuuden mobilisoitumisen periaatteellinen vaihtelu erilaisissamaakerroksissa.

4.4 Maalajiin, indeksiominaisuuksiin ja kairaustuloksiin perus-tuvat arviot

Jännitys- ja muodonmuutostason vaikutus

Jännitys- ja muodonmuutostason vaikutus maamateriaalin lujuus- ja muo-donmuutos-ominaisuuksiin noudattaa samoja perusperiaatteita kuin edelläkappaleissa 4.1 ja 4.3 on esitetty myös siinä tapauksessa, että ominaisuudeton määritetty erilaisiin epäsuoriin arviointimenettelyihin perustuen. Näin ollentehtyjä arvioita on tarpeen mukaan tarkistettava mainituissa kappaleissaesitettyjen suuntaviivojen mukaisesti, jos kyseessä olevan maakerroksen tai-materiaalin olosuhteet poikkeavat niistä olosuhteista, joihin epäsuorassaarvioinnissa sovelletut riippuvuudet perustuvat.

Tiiviystilan vaikutus

Tiiviystilan vaikutus erityisesti kaikkien karkearakeisten maalajien lujuus- jamuodonmuutosominaisuuksiin on hyvin merkittävä. Niinpä tiiviystilan vaiku-tus on aina otettava huomioon myös epäsuoria lujuus- ja muodonmuu-tosominaisuuksien arviointimenettelyjä sovellettaessa. Suuntaviivoja tähänon esitetty edellä kappaleissa 3.2 ja 3.3.

Kosteustilan vaikutus

Kosteustilan ja siinä ajan kuluessa mahdollisesti tapahtuvien muutosten vai-kutus maamateriaalien lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksiin on merkityk-sellinen erityisesti silloin, kun maakerrokseen kohdistuvat kuormitukset ovatluonteeltaan dynaamisia tai syklisiä. Veden kokonaan tai lähes kokonaankyllästämään maamateriaaliin voi tällöin kehittyä huokosveden ylipainetta,joka alentaa maarakeiden kautta välittyviä tehokkaita jännityksiä. Tämänvaikutus materiaalin lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksiin on käytännös-sä aina epäedullinen. Vaikutuksen suuruutta on pyrittävä arvioimaan kuor-mitustilannetta vastaavien tehokkaiden jännitysten perusteella kappaleissa4.1 ja 4.3 esitettyjen suuntaviivojen mukaisesti.

Leikkausmuodonmuutos, εγ

Leik

kaus

jänn

itys,

τ


Rakeisuuden vaikutus

Kuten kappaleista 3.2 ja 3.3 edellä kävi ilmi, on maamateriaalin rakeisuudenvaikutus sen lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksiin myös varsin merkittä-vä. Pääsääntöisesti maamateriaalin lujuus ja jäykkyys ovat sitä suurempiamitä karkearakeisempaa tarkasteltava materiaali on. Maamateriaalin kar-kearakeisuutta ei saa tällöin kuitenkaan arvioida esimerkiksi pelkän maksimi-raekoon perusteella, vaan materiaalin rakeisuusjakautuman avulla on pyrit-tävä tunnistamaan se raekokoalue, joka on tarkasteltavan materiaalin me-kaanisen käyttäytymisen kannalta hallitseva. Maamateriaalin rakeisuus-käyrältä tällainen hallitseva raekokoalue on tunnistettavissa periaatteessasiten, että sen kohdalla rakeisuuskäyrä nousee selvästi jyrkemmin kuin mikäon tiivistymisen kannalta optimaalisesti suhteistuneen maa-aineksen rakei-suuskäyrän kaltevuus samalla raekokoalueella. Esimerkkeinä tällaisista ti-lanteista voidaan mainita suuri hiekkalajitemäärä sorassa tai murskeessa –niin kutsuttu hiekkapatti – tai materiaalin korkea hienoainespitoisuus.

Raemuodon vaikutus

Raemuodolla on vaikutusta lähinnä karkearakeisten maalajien ja murskattu-jen materiaalien lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksiin. Edullisimpia ovattällöin kuutiomaiset ja särmikkäät rakeet, jotka edesauttavat korkean lujuu-den ja jäykkyyden saavuttamista. Materiaalin kitkakulman osalta vaikutuksensuuruutta on suuntaa antavasti arvioitu edellä taulukoissa 5.1 ja 5.2. Korkei-den jännitysten tai toistuvien kuormitussyklien alaisiksi joutuvilla maa-aineksilla rakeiden särmikkyys voi kuitenkin toisaalta kasvattaa myös mate-riaalin hienontumisalttiutta.

5 MAAN OMINAISUUDET DYNAAMISESSA JA SYKLISESSÄKUORMITUKSESSA

Määritystavan vaikutus maan dynaamisiin ja syklisiin ominaisuuksiin

Muodonmuutostason vaikutusta maan jäykkyyttä kuvaaviin moduuliarvoihinkäsiteltiin jo edellä kappaleessa 4.1. Muutamien kuormitustilanteiden ja omi-naisuuksien määritysmenetelmien osalta vaikutuksen suuruutta havainnol-listettiin suuntaa-antavasti myös kuvassa 10.3.

Jotta laboratorio- tai in-situ –mittausmenetelmillä määritetyt maamateriaalinominaisuudet vastaisivat maan käyttäytymistä todellisessa kuormitustilan-teessa, on myös kuormituksen kestoajan ainakin suuruusluokaltaan vastat-tava todellisen kuormitustilanteen olosuhteita. Syynä tähän on ennen muutase, että varsinkin hienorakeisille maalajeille ominaisesta reologisesta luon-teesta johtuen maamateriaalit toimivat lyhytaikaisen, impulssimaisen kuor-mituksen alaisena jäykemmin kuin pitkäaikaisesti vaikuttavan kuormituksenalaisena. Samaan suuntaan vaikuttaa luonnollisesti myös se, että pitkäaikai-sen kuormituksen alaisena veden kyllästämässä maamateriaalissa huokos-vedenpaineen muutokset ehtivät tasaantua enemmän kuin lyhytaikaisenkuormituksen alaisena.


Dynaamisten ja syklisten ominaisuuksien määritysmenetelmät

Hyvin alhaisella, esimerkiksi tiealueelta ympäristöön leviävää tärinää vas-taavalla, muodonmuutostasolla maan leikkausmoduuli ja materiaalivaimen-nus voidaan laboratorio-olosuhteissa määrittää resonant column –menetel-mällä. Tämän lisäksi leikkausmoduulin maksimiarvo voidaan määrittää labo-ratoriossa myös leikkausaallon kulkuaikamittaukseen perustuvalla benderelement –menetelmällä. Yksityiskohtaisemmin näiden mittausten tekemistäon esitelty muun muassa julkaisussa Souto, A: Tierakennusmateriaalien dy-naamisten moduulien määrittäminen resonant column ja bender element -laitteistolla.

Muodonmuutos- ja taajuustasolla, joka vastaa esimerkiksi tuulen kuormitta-mien porttaalien tai meluseinien perustuksia ympäröivän maan kuormitus-olosuhteita, maan muodonmuutosominaisuudet voidaan laboratorio-olosuhteissa määrittää luotettavimmin syklistä kolmiaksiaalikoetta käyttäen.Sen suoritusperiaatetta on käsitelty muun muassa julkaisussa Sitomattomienkerrosten kiviainesten muodonmuutosominaisuudet - Kirjallisuusselvitys,TIEL 3200163. Syklisen kolmiaksiaalikokeen ohella muita samalla muodon-muutos- ja taajuusalueella kysymykseen tulevia laboratoriotutkimusmene-telmiä ovat syklinen suora leikkauskoe ja syklinen vääntöleikkauskoe. Näi-den tekemiseen tarvittavia laitteistoja ei tällä hetkellä kuitenkaan ole Suo-messa saatavilla.

Alhaisimmilla muodonmuutostasoilla maan dynaamisten ominaisuuksienmäärittämiseen soveltuvat in-situ –mittausmenetelmät ovat niin kutsuttujaseismisiä menetelmiä eli ne perustuvat bender element –mittausten tapaanmaamateriaalissa etenevän aaltoliikkeen nopeuden mittaamiseen. Havain-noitava aaltoliike voi tällöin olla joko leikkaus- eli S-aaltoja, puristus- eli P-aaltoja tai maakerroksen pintaosassa eteneviä R-aaltoja. Mittausmenetel-mästä ja mitoituksen kannalta merkityksellisten maakerrosten sijainnistariippuen aaltoliikkeen lähettäminen ja sen vastaanottaminen voivat vastaa-vasti tapahtua joko maan pinnalta tai tietyltä syvyydeltä maakerrosten sisäl-tä. Yksityiskohtaisemmin seismisten mittausmenetelmien periaatteita on kä-sitelty niin ikään esimerkiksi julkaisussa Souto, A: Tierakennusmateriaaliendynaamisten moduulien määrittäminen resonant column ja bender element -laitteistolla.

Dynaamisten ja syklisten ominaisuuksien arviointi staattisten kokeidenperusteella

Eri maalajeille tyypillisiä suuruusluokkaeroja toisaalta tavanomaisia dynaa-misia kuormitustilanteita ja toisaalta tavanomaisia staattisia kuormitustilan-teita vastaavien moduuliarvojen välillä on käsitelty esimerkiksi julkaisussaHandboken bygg, Geoteknik. Syklisesti toistuvan vaakakuormituksen alaise-na olevien porttaali- ja meluseinärakenteiden perustusten mitoituksessausein käytettävien alustalukujen arviointia on vastaavasti käsitelty muun mu-assa Tielaitoksen julkaisussa Teräsputkipaalut, TIEL 2173448-99.


6 ROUTIMISOMINAISUUDET

Routivuuden arviointimenetelmät

Maalajien routivuuden arviointiin soveltuvia laboratoriotutkimusmenetelmiäovat rakeisuusjakautuman määrittäminen, kapillaarisen nousukorkeudenmittaaminen sekä varsinainen routanousukoe.

Kuva 10.8. Maalajin routivuuden arviointi rakeisuusjakautuman perusteella.

Maalajin rakeisuusjakautuman perusteella sen routivuutta voidaan likimää-räisesti arvioida kuvan 10.8 mukaisesti. Maalaji, jonka rakeisuuskäyrä ku-vassa 10.8 sijoittuu alueelle 1, on routivia. Rakeisuuskäyrän sijoittuessa alu-eelle 1L maalaji ovat kuitenkin lievästi routivia. Vastaavasti maalaji, jonkarakeisuuskäyrä kulkee alueilla 2, 3 tai 4 on todennäköisesti routimaton, josrakeisuuskäyrän alapää pysyy kyseessä olevan alueen ylemmän rajakäyränalapuolella.

Rakeisuusjakautumaan perustuvan routivuusarvion tukena on suositeltavaakäyttää maalajin kapillaarisen nousukorkeuden mittaamista erityisesti silloin,kun maalajin routimattomuus ei rakeisuusjakautuman perusteella arvioitunaole täysin ilmeistä. Kapillaarisen nousukorkeuden mittaaminen on yleensätarkoituksenmukaista tehdä kapillaarimetriä käyttäen, koska suoraa mitta-usmenetelmää käytettäessä lopullisen nousukorkeuden saavuttaminenkestää routivilla maalajeilla jopa useita viikkoja. Erityisesti moreenimaala-jeilla kapillaarimetrissä käytettävän näytehalkaisijan tulee myös olla riittävänsuuri, jotta kapillaarisen nousukorkeuden mittaus voidaan tehdä lajitteelle,jossa kaikki raekooltaan vähintään 4 mm oleva aines on mukana.

Kapillaarisen nousukorkeuden perusteella maalaji voidaan otaksua routi-mattomaksi, jos nousukorkeus on alle 1 m. Tätä suuremman kapillaarisennousukorkeuden omaava maalaji on todennäköisesti routiva.


vff wzh.

=β

Erityistapauksissa ja esimerkiksi koostumukseltaan tavanomaisista luonnon-kiviaineksista poikkeavilla sivutuotemateriaaleilla routivuus voidaan määrit-tää myös erityistä routanousukoetta käyttäen. Tässä tapauksessa materiaa-lin routivuuden arviointi perustuu joko routanousukokeen yhteydessä ha-vaittuun kokonaisroutanousuun, routanousunopeuteen tai kokeen tuloksenamääritettyyn segregaatiopotentiaalin arvoon.

Routanousuparametrien määritys

Segregaatiopotentiaalin ohella routanousukokeen tuloksista voidaan mää-rittää myös toinen maalajissa tapahtuvan routimisen voimakkuutta kuvaavasuure routanousukerroin β, joka määritellään yhtälön 10.12 mukaisesti:

(10.12)

missäβ on routanousukerroinh on routanousuzf on routaantuneen kerroksen paksuuswvf on jäätyneen maan tilavuusvesipitoisuus

Vaihtoehtona laboratoriossa tehtävine routanousukokeine sekä maakerros-ten routanousukertoimet että niiden segregaatiopotentiaalin arvot voidaanmäärittää myös suoraan maakerroksista mitattaviin roudan tunkeutumissy-vyyksiin ja maanpinnan vaaituksiin perustuen.


RAKENNUSMATERIAALIEN OMINAISARVOJA

Rakennusmateriaalin tiheyden, tilavuuspainon sekä lujuus- ja muodonmuu-tos ominaisuuksien ominaisarvoja.

Materiaaliρs

[tn/m3]γ

[kN/m3]γ’

[kN/m3]Ed

[MN/m2]lujuus 1)

Maapenkereet(Mr, Hk, Sr)

2,65 18...22 10...13 20...100 2) 3) ϕ = 32... 39°, c=0

Kuivakuorisavesta tehdytpenkereet 2,70 18...20 8...10 ϕ = 25...32°,

c=2...5 kPaSitomattomat

päällysrakennekerrokset 2,65 19...22 11...13 70...160 2)3) ϕ = 40....42°, c=0

Läjitysmassat 2) 18 8 2) 2)

1) kitkakulman ja koheesion arvot (ϕ, c) edustavat vakavuusanalyyseissä käytettävää arvoa2) riippuu käytettävästä materiaalista3) riippuu tiiveydestä

Merkinnät taulukossa:ρs kiintotiheysγ tilavuuspaino rakenteessaγ’ tehokas tilavuuspaino veden pinnan alapuolellaEd avoimen tilan kimmomoduuli tiivistettynä rakenteessaϕ, c kitkakulma [aste], koheesio [kPa]


RAKENNUSTÖIDEN AIHEUTTAMAT KUORMITUKSET

Sisältö

1 HUOKOSVEDEN YLIPAINE

2 MAAN SIIRTYMÄT

3 TÄRINÄ JA MELU3.1 Yleistä3.2 Paalutustyön aiheuttama tärinä ja melu

3.2.1 Tärinä3.2.2 Melu

3.3 Louhinnan aiheuttama tärinä3.4 Tiivistyksen aiheuttama tärinä

3.4.1 Pintatiivistys3.4.2 Syvätiivistys

3.5 Hydraulivasaran aiheuttama tärinä3.6 Liikenteen aiheuttama tärinä

4 TÄRINÄN RAJA-ARVOT JA MITTAAMINEN


1 HUOKOSVEDEN YLIPAINE

Pohjarakennustöiden, lähinnä paalutuksen ja syvätiivistyksen aiheuttamaahuokosveden ylipaineen laajuutta ja suuruutta on vaikea arvioida yksikäsit-teisesti ennakkoon. Tarvittaessa on huokosvedenpainetta mitattava työnai-kana ja tehtävä ennakkokokeita esimerkiksi koepaalutuksia huokosvedenylipaineen vaikutusten arvioimiseksi. Huokosvedenpaine on mitattava me-netelmillä, joilla voidaan havaita välittömästi työnaikaiset nopeat muutokset.Huokosvedenpainemittausten lisäksi on tehtävä samanaikaisesti siirtymä-mittauksia.

Yksittäisen paalun lyönti aiheuttaa huokosvedenylipainetta 3...6 kertaa paa-lun läpimitan etäisyydelle paalusta. Laaja-alaisessa paalutuksessa vaikutus-alue voi ulottua jopa 20...30 metrin etäisyydelle paalutuksen reunasta. Alus-tavissa tarkasteluissa voidaan kyllästyneen, huonosti vettä läpäisevän maanhuokosveden ylipaineen olettaa olevan paalun vieressä saman suuruinenkuin maan oman paino. Huokosveden ylipaineen voidaan olettaa alentuvannollaan tasaisesti etäisyydellä 40 d paalusta (d on paalunsivumitta).

Huokosveden ylipainetta voidaan lyöntipaalutuksessa vähentää:

− Poistamalla savea lyötävän paalun kohdalta esimerkiksi putkiottimella taiaugerkairauksella.

− Varustamalla lyötävä paalu pystyojalla− Pienentämällä paalun poikkileikkausta. Tällöin on paalun syrjäyttämän

maan ja paalun kantavuuden suhde (m3/kN) minimoitava.− Työjärjestyksellä, jossa ensin lyödään osa esimerkiksi joka toinen paalu

ja myöhemmin huokosvedenpaineen alennettua loput paaluista.

Syvätiivistyksessä huokosvedenpaineen kehittymiseen ja alenemiseen vai-kuttavat hienoainesmäärä ja vedenläpäisevyys, pohjavedenpinnan taso, tii-vistettävän materiaalin tiiviys sekä maan jännitystila. Tarvittaessa on työjär-jestys laadittava siten, että huokosveden ylipaine ei aiheuta vaadittavanvarmuuden alittumista. Joissakin tapauksissa voidaan huokosveden yli-painetta vähentää pohjavettä alentamalla.

2 MAAN SIIRTYMÄT

Pohjarakennustöiden aiheuttamia maan siirtymien vaikutuksia on vaikea ar-vioida ennakkoon luotettavasti. Paalujen aiheuttaman maan syrjäytymisensekä paalutuksen aiheuttaman maakerrosten tiivistymisen perusteella voi-daan siirtymien suuruusluokka kuitenkin likimääräisesti ennakoida. Haittojavoidaan yleensä vähentää, kun aloitetaan paalujen lyönti riskialttiimmastakohdasta poispäin.

Lyötäessä paaluja ja pontteja löyhässä karkearakeisessa maassa tai mo-reenissa voi maan tiivistyminen aiheuttaa merkittäviä painumia etäisyydellä,joka on maanpinnalla noin paalupituus. Erityisesti tiivistymiselle riskialttiitaovat vedenpinnan alapuoliset löyhät karkearakeiset kerrostumat. Tiivistymi-sen aiheuttamia painumia voidaan pienentää korvaamalla teräsbetonipaalutpieniläpimittaisilla teräspaaluilla. Paalutuksen aiheuttaman maan tiivistymistävoidaan arvioida kuvan 10.9 perusteella.


Kuva 10.9. Tiivistymisen arviointi puristinkairauksen kärkivastuksen ja tärinänaiheuttaman kiihtyvyyden perusteella. Yleensä paalutustärinän kiihty-vyys maassa lyötävän paalun lähellä on vähintään 0.05 g (heilahdus-nopeus n.10 mm/s). (s.41 Omgivnigspåverkan vid pål- och sponts-lagning).

Hienorakeisissa tai eloperäisissä maakerroksissa lyöntipaalu syrjäyttää nointilavuutensa verran maata. Osa siirtymistä palautuu ajan mukana konsoli-doitumisesta johtuen. Maa siirtyy pienimmän vastuksen suuntaan yleensäsamanaikaisesti pysty- ja vaakasuunnassa. Sivusiirtymät ovat yleensä suu-rimmillaan paalutettaessa luiskien ja jo lyötyjen lyhyiden paalujen läheisyy-dessä. Vaikutusalueen voidaan arvioida ulottuvan paalun kärjestä suhtees-sa 1:1 maanpintaan. Siirtymiä voidaan pienentää ottamalla maata pois paa-lun kohdalta putkiottimella tai auger-kairauksella.

3 TÄRINÄ JA MELU

3.1 Yleistä

Monet pohjarakentamistyöt kuten louhinta, paalutus, pontitus, syvätiivistys,pintatiivistystyöt sekä hydraulivasaralla tehtävät: suora louhinta, ylisuurtenlohkareiden ja routaantuneen maan rikkominen sekä purkutyöt aiheuttavatympäristöön tärinää ja melua. Tärinä voi vaurioittaa rakenteita, herkkiä lait-teita ja sitoutuvaa betonia sekä häiritä ihmistä.

Erityisesti tärinää, mutta myös melua voidaan vähentää oikealla työn suori-tuksella. Tärinä ja melu ovat hukkaan mennyttä energiaa, jota kannattaa vä-hentää paitsi ympäristö- ja työsuojelusyistä niin myös työn tehostamiseksi.Yleensä oletetaan, että tärinäenergian osuus on verrannollinen työkoneidentehoon, esimerkiksi lyöntipaalutuksessa lyöntienergian suuruuteen. Alitehoi-nen kone voi kuitenkin aiheuttaa tarpeettoman suuren tärinän ympäristössä.Liian pieni lyöntienergia ei saa paalua painumaan tai kiveä rikki ja lyön-tienergiasta siirtyy tarpeettoman suuri osa tärinänä ympäristöön.

0

2

4

6

8

10

12

0,05 0,15Kiihtyvyys g

< 2,5

2,5 - 5

5 - 7,5

7,5 - 10

> 10

Kärkivastus MPa


Tärinähaittojen kannalta on tärinän taajuudella suuri merkitys. Tärinän raja-arvot riippuvat yleensä taajuudesta. Toiseksi tärinän siirtyminen maassa jamaasta rakenteisiin riippuu taajuudesta. Korkeataajuinen tärinä vaimeneemaassa nopeammin kuin matalataajuinen tärinä. Pitkillä etäisyydellä tärinäntaajuussisältö muuttuu matalataajuiseksi. Tämä on otettava huomioon erityi-sesti louhintatärinän raja-arvoja määritettäessä. Tärinän ollessa saman taa-juista kuin maakerrosten oma ominaistaajuus on tärinän vaimeneminen etäi-syyden kasvaessa tavallista vähäisempää. Tärinä voi eräissä tapauksessamaakerrosten voimakkaan vaihtelun alueella jopa vahvistua etäisyyden kas-vusta huolimatta. Erityisen ongelmallisia pohjasuhteista ovat pehmeät savet,joiden oma alin ominaistaajuus voi sattua matalataajuisen raskaan liikenne-,syvätiivistys- tai paalutustärinän kanssa samalle taajuusalueelle.

Pohjarakennustöiden aiheuttama iskumainen tärinä yleensä alenee siirtyes-sään maasta tai kalliosta rakenteisiin ja on yleensä rakenteissa noin 10...60% maan tärinästä, heilahdusnopeutena mitattuna. Jatkuvamman tärinänkuten esimerkiksi raskaiden junien aiheuttama tärinä sen sijaan usein vah-vistuu ja on yleensä rakenteissa noin 50....200 % maan tärinästä. Vahvistu-minen on suurinta silloin kuin tärinän taajuus on samalla alueella kuin ra-kenteiden ominaistaajuus. Toisaalta tärinä on tärinää myös resonanssissa:tärinän raja-arvot ovat tällöinkin määrääviä.

3.2 Paalutustyön aiheuttama tärinä ja melu

3.2.1 Tärinä

Lyöntipaalutuksen tärinän heilahdusnopeuden pystykomponentin vaimene-mista etäisyyden kasvaessa on yleensä esitetty yhtälöllä 10.13 ( SGY 1987).

rWkv = (mm/s) (10.13)

k = kerroinW = pudotusenergia (Nm)r = etäisyys paalusta (m)

Kerroin k sisältää kaiken tärinän siirtymiseen liittyvän epävarmuuden javaihtelun; tärinän siirtymisen paalutuskalustosta paaluun ja edelleen maa-han sekä vahvistumisen ja vaimentumisen maassa. Lyöntipaalutusohjeidenmukaan k:n arvo on 1,50, ellei tehdä tarkempia tarkasteluja tai koepaalutuk-sia. Yleensä k:n arvo on huomattavasti pienempi kuin 1,50.

Lyöntipaalutuksen aiheuttama tärinä maassa voidaan arvioida kuvan 10.10perusteella. Arviossa on otettava huomioon, että tärinä voi erityistapauksissaolla kuvassa esitettyä tärinää suurempaa tai pienempää. Alempi yhtenäiselläviivalla rajattu alue on tavallisten teräsbetonisten lyöntipaalujen, joiden sal-littu kuorma on välillä 700...400 kN, aiheuttama tärinä. Ylempi katkoviivallarajattu alue on suurempien lyöntipaalujen, joiden sallittu kuorma on noin2 000 kN, aiheuttama tärinä.


Kuva 10.10. Lyöntipaalutuksen aiheuttama tärinä.

Rajattujen alueiden alarajalla tärinä on helpoissa olosuhteissa (k = 0,3),joista puuttuvat tiiviit pinta- ja välikerrokset ja jossa tiiviit kitkamaakerroksetovat paalun tunkeutumistasossa pehmeiden savikerrosten alla ohuita. Ylä-rajalla tärinä on kohteissa, joissa paalut lyödään tiiviiden kerrosten läpi taijoissa on paksuja tiiviitä karkearakeisia tai moreenikerroksia (k=1,5). Tiiviissäja paksuissa pohjamuodostumissa voidaan paalupituus optimoida, määrit-tämällä paalun kantavuus dynaamisin koekuormituksin, jolloin voidaan vält-tää tarpeetonta lyöntienergiaa ja samalla vähentää ympäristöön leviävää tä-rinää.

Suomalaisissa pohjasuhteissa on tärinän pienentämiseen usein hyvät mah-dollisuudet: Yleensä paalut lyödään saven läpi tukipaaluiksi moreeniin taikallioon. Saattolyönneillä tärinä on tavallisesti pientä tai sitä voidaan vähen-tää. Loppulyönneillä ei tärinä yleensä aiheuta ongelmia. Syynä tärinän pie-nentymiseen voi olla, että iskuaaltoenergia leviää "kovaan pohjaan" eikä siir-ry yläpuolisiin usein huomattavasti poikkeaviin maakerroksiin. Olennaista on,että saattolyönneillä lyötäessä pyritään paalua upottamaan mahdollisimmantehokkaasti, jolloin pehmeissä löyhissä maakerroksissa energia kuluu maanmuodonmuutostyöhön ja energian siirtyminen tärinänä ympäristöön on vä-häistä.

Tärinää lisäävät epäkeskeinen isku, käyrät paalut ja sivusuunnassa puut-teellisesti tuettu paalu. Tärinää voidaan alentaa: läpäisemällä tiiviit kerrokset:routa, kuivakuori, täytöt, rantakerrostumat kaivamalla tai esireiällä. Pienilä-pimittaisilla teräspaaluilla on suuri tunkeutuvuus, jolloin tärinä yleensä sa-malla alenee. Lisäksi teräspaalut ulotetaan tavallisesti kallioon, jolloin tärinäon loppulyönneillä yleensä alhainen.

Paalutuskaluston valinnalla ja säädettävyydellä voidaan vaikuttaa tärinään.Kaivin- ja porapaaluilla on tärinätaso yleensä alhainen. Pudotusjärkäleka-luston käyttö savimaissa ja kitkapaalujen asentaminen hydraulitäryttimelläkitkamaissa alentavat tavallisesti tärinää.

1

10

100

1 10 100

Etäisyys (m)

Hei

lahd

usno

peus

(m

m/s

)


Kriittisissä kohteissa ja haluttaessa tarkemmin arvioida tärinän leviämistä ontehtävä koepaalutus, jossa mitataan k:n arvo. Koepaalutuksessa on tärinäävalvottava mielellään dynaamisin koekuormituksin ja tärinämittareilla. Täri-nästä on tällöin analysoitava myös kuormituksen taajuus tärinän raja-arvojenmäärittämistä varten.

3.2.2 Melu

Paalutuksen aiheuttamaa melua voidaan arvioida avoimella tasaisella alu-eella kuvan 10.11 perusteella.

Kuva 10.11. Paalutusmelun arviointi tasaisella ja avoimella alueella.

Kuvan ylärajalla melu on lyötäessä teräspaaluja paalutuskalustolla, jossa eiole kiinnitetty melun vaimentamiseen huomiota. Alarajalla melu on lyötäessäteräsbetonipaaluja melueristetyllä paalutuskalustolla. Usein melu on jonkinverran kuvan melutasoja pienempää esteiden, kasvillisuuden, sään jne. vai-kutuksesta. Joissakin olosuhteissa melu voi myös vahvistua esimerkiksi ra-kennusten läheisyydessä heijastusten vuoksi. Etäisyyden kaksinkertaistues-sa pistemäisen lähteen melutaso alenee noin 6...7 dB.

Melua voidaan alentaa 10...15 dB koteloimalla paalutuskoneen lyönti-koneisto sekä paalu ja kehittämällä lyöntikalusto hiljaisemmaksi. Lyötäessäputkipaalua sisäpuolisella järkäleellä on alenee melu huomattavasti.

Melun ohjearvot ulkoalueella on esitetty taulukossa 10.5.

0

20

40

60

80

100

120

1 10 100 1000

Etäisyys (m)

db


m

eQRkv )(*=

5,1*400RQv e=

Taulukko 10.5. Melun ohjearvot ulkoalueella (dB).

Melun ekvivalenttitaso L Aeq

päivällä klo 7-22 yöllä klo 22 -7Melulle herkkä alue, kuten virkistysalue 45 40Asuntoalue, toimisto ja koulualue 55 45Liikerakennusten alue 55 50

Melu mitataan A-suodattimella. Ekvivalentti äänitaso LAeq saadaan, kun mit-tausajan melu korvataan vakioäänellä, jonka äänienergia on sama kuinmuuttuvalla melulla.

3.3 Louhinnan aiheuttama tärinä

Louhintaräjäytyksen aiheuttaman tärinän heilahdusnopeuden huippuarvovoidaan esittää etäisyyden funktiona seuraavasti (Pöllä et. al. 1996).

[mm/s] (10.14)

Kaavassa 10.14 R [m] on etäisyys räjäytys- ja tarkastelupisteen välillä ja ksekä m ovat kertoimia. Qe [kg] on momentaaninen räjähdysainemäärä eli sekentän reikien räjähdysainemäärä, joka riittävän samanaikaisesti räjähtäes-sään aiheuttaa tarkastelupisteessä yksittäisen ”piikin”. Tärinän taajuussisältömuuttuu etäisyyden kasvaessa siten, että korkeammat taajuudet vaimenevatnopeammin kuin matalat taajuudet. Tästä johtuu, että kentän eri nalleilla rä-jähtävien panosten yhteisvaikutus on käytännössä etäisyydestä riippuva.Voidaan olettaa, että Qe on alle 100 m etäisyyksillä sama kuin suurin reikä-panos tai suurin samalla hidasteajalla räjähtävä räjähdysainemäärä. Selvästiyli 100 m etäisyyksillä Qe on sama kuin koko kentän räjähdysainemäärä.Räjähdysainemääriä laskettaessa tulee ottaa huomioon räjähdysaineensuhteellinen voimakkuus (s-arvo).

Kertoimet k ja m riippuvat tarkastelupisteen (rakenteen) perustamistavasta,kallion laadusta, etäisyydestä ja räjäytystavasta. Kalliolle perustetusta ra-kenteesta mitattaessa k on suurempi kuin maanvaraisesti perustetusta ra-kenteesta (Vuolio 1990, s. 46-52). Rikkonainen kallion laatu ja etäisyydenkasvaminen merkitsevät pienempää k-arvoa kuin kiinteä kallio ja lyhyt etäi-syys. Jos louhittava kallio löyhtyy räjäytyksessä vain vähän (kenttä jää”lukkoon”), k-arvo kasvaa huomattavasti. Hyvin lyhyillä etäisyyksillä (<10 m)tärinän heilahdusnopeuden pystykomponentti on hyvällä tarkkuudella las-kettavissa kaavalla 10.15:

(10.15)


Louhintatärinän suuruuteen vaikuttavia tekijöitä on tutkittu mm. Raimo Vuoli-on väitöskirjassa ja Kalliorakentaminen 2000 projektissa. Heilahdusnopeu-den huippu-arvojen havainnot on yleensä kuvattu kaksoislogaritmipaperillans. skaalatun etäisyyden R/√Qe funktiona. Kun kalliolaatu on homogeeninenja räjäytykset samankaltaisia, pitäisi havaintopisteistä syntyä suora. Tutki-muksissa todettu laaja vaihtelualue johtuu eri kohteiden vaihtelevista olo-suhteista. Luotettavin ennuste louhintatärinälle saadaan työmaakohtaisestimerkitsemällä havaitut heilahdusnopeuden huippuarvot termin R/√Qe funk-tiona kaksoislogaritmipaperille. Ihanteellisessa tapauksessa pistejoukon suu-rimmat arvot muodostavat siinä verhosuoran, jota voi käyttää heilahdusno-peuden, momentaanisen räjähdysainemäärän ja etäisyyden määrittelyyn.Pistejoukon hajontaa voi käyttää tärinän ennusteen todennäköisyyden arvi-ointiin, kun havaintoja on runsaasti. Kuvassa 10.12 on nomogrammi, jonkaavulla voi määritellä joko tärinän heilahdusnopeuden huippuarvon R/√Qe:nfunktiona tai tärinärajan perusteella arvon R/√Qe:lle. Tästä voidaan laskeasuurin sallittu Qe. Tilanteesta riippuen tämä Qe,max on joko suurin mahdolli-nen reikäpanos, suurin samalla hidasteajalla räjähtävä panosmäärä tai kokokentän suurin räjähdysainemäärä. Nomogrammiin on merkitty alue, jolleVuolion tutkimusten mukaan suurin osa havaintopisteistä sijoittuu.

Kuva 10.12. Louhintatärinän arviointi räjähdysainemäärän ja etäisyyden perusteella.

Louhintatärinän pienentäminen on mahdollista seuraavilla tavoilla:

− pienentämällä reikäkokoa, jolloin reikäpanos pienenee− pienentämällä pengerkorkeutta, jolloin reikäpanos pienenee− pienentämällä kentän kokoa, esim. reikärivejä vähentämällä, jolloin epä-

täydellisen irtoamisen riski vähenee− jakamalla reikä välitäytteillä kahteen tai useampaan panokseen, jotka

räjäytetään eriaikaisesti− räjäyttämällä väliin rako, tai poraamalla railo. (Huom! Raonräjäytyksessä

voi syntyä suuri tärinä reikien samanaikaisen räjäytyksen vuoksi.)


3.4 Tiivistyksen aiheuttama tärinä

3.4.1 Pintatiivistys

Pintatiivistyksen aiheuttamaa tärinää maassa voidaan arvioida kuvan 10.13perusteella. Arviossa on otettava huomioon, että tärinä voi erityistapauksissaolla kuvassa esitettyä tärinää suurempaa tai pienempää.

Kuva 10.13. Pintatiivistyksen aiheuttama tärinä.

Yhtenäisillä viivoilla rajattu alue käsittää täryjyrät noin 6 tn ja katkoviivoillarajattu alue raskaammat noin 10 tn täryjyrät. Rajattujen alueiden alarajallatärinä on helpoissa olosuhteissa karkearakeisissa maissa ja tiivistettäessäns. pintatiivistyksenä, jolloin taajuus on noin 40 Hz. Ylärajalla tärinän voi-daan arvioida olevan kohteissa, joissa tiivistettävän kerroksen alapuolella onpehmeitä hienorakeisia maita ja tiivistettäessä ns. syvätiivistyksenä, jollointaajuus on noin 30 Hz.

Koska tiivistämistyö edellyttää tärinää, ei sen alentaminen ole yleensä järke-vää. Ongelmallisissa tilanteissa on tiivistyskoneen painoa ja tehoa alennet-tava, jolloin joudutaan ohentamaan myös tiivistettävien kerrosten paksuutta.Koska tiivistyskoneiden käyttötaajuus on yleensä korkea 30...40 Hz ei reso-nanssivaaraa rakenteiden välillä ole. Ongelmallinen resonanssitilanne voiaiheutua konetta käynnistettäessä ja pysäytettäessä, jolloin taajuus on al-haisempi. Tästä syystä on vältettävä koneen käynnistämistä tärinälle herkki-en rakenteiden läheisyydessä. Uusimissa koneissa on mahdollisuus kytkeätärykuormitus pois käynnistämisen ja pysäyttämisen ajaksi, jolloin vältetäänresonanssivaara. Kriittisissä kohteissa ja haluttaessa tarkemmin arvioida tä-rinän leviämistä on tehtävä koetiivistys.

3.4.2 Syvätiivistys

Syvätiivistyksen aiheuttamaa tärinää maassa voidaan arvioida kuvan 10.14perusteella. Arviossa on otettava huomioon, että tärinä voi erityistapauksissaolla kuvassa esitettyä tärinää suurempaa tai pienempää.

1

10

100

1 10 100

Etäisyys (m)

Hei

lahd

usno

peus

(m

m/s

)


Kuva 10.14. Pudotustiivistyksen aiheuttama tärinä.

Rajattujen alueiden alarajalla tärinä on helpoissa olosuhteissa kitkamailla,alhaisilla noin 1000 kNm pudotusenergialla. Ylärajalla tärinän voidaan arvi-oida olevan kohteissa, joissa tiivistettävän kerroksen alapuolella on hienora-keisia maakerroksia ja tiivistetään suurella pudotusenergialla noin2 000 kNm. Yleensä syvätiivistäminen ei ole tehokasta ja järkevää hienora-keisten maakerrosten yläpuolisissa täytöissä, koska tiivistyminen on vähäistäja tärinävaara suuri.Yleensä pudotustiivistyksen aiheuttama tärinä on sen suureen pudotusener-gian nähden pieni. Energia siirtyy maan muodonmuutoksiin. Osa energiastasiirtyy kuitenkin väistämättä myös ympäristöön. Ongelmallisissa tilanteissaon pudotusjärkäleen painoa ja pudotuskorkeutta alennettava. Tämä ei oleaina mahdollista, koska samalla tiivistyksen syvyysvaikutus pienenee.

Pudotustiivistys aiheuttaa yleensä matalataajuisen noin 4....15 Hz tärinän,jolloin on olemassa tärinän vahvistumisvaara tärinän siirtyessä maasta ra-kenteisiin. Kriittisissä kohteissa ja haluttaessa tarkemmin arvioida tärinänleviämistä ja siirtymistä rakenteisiin on tehtävä koetiivistys.

3.5 Hydraulivasaran aiheuttama tärinä

Hydraulivasaran aiheuttamaa tärinää maassa voidaan arvioida kuvien 10.15ja 10.16 perusteella. Arviossa on otettava huomioon, että tärinä voi erityista-pauksissa olla kuvassa esitettyä tärinää suurempaa tai pienempää.

1

10

100

1 10 100

Etäisyys (m)

Hei

lahd

usno

peus

(m

m/s

)


Kuva 10.15. Hydraulivasaran (lyöntienergia 0,2...12 kJ) aiheuttama tärinä roudanrikkomisessa.

Kuva 10.16. Hydraulivasaran (lyöntienergia 0,2...12 kJ) aiheuttama tärinä suoras-sa louhinnassa.

Pehmeän ja kovan materiaalin rikkominen poikkeavat toisistaan. Kova kalliorikotaan pääasiassa iskuaallon avulla. Rikkominen edellyttää, että iskun ai-heuttama jännitys ylittää materiaalin lujuuden, tavallisesti vetolujuuden.Pehmeässä materiaalissa, kuten betonissa ja routaantuneessa maassa terätunkeutuu materiaaliin ja kiilaa sen rikki, iskuaallon rikkova vaikutus on pie-nempi. Tehokas rikkomistyö edellyttää, että iskuenergiasta mahdollisimmansuuri osa kuluu rikkomiseen, jolloin tärinä- ja lämpöenergia jää pieneksi. Tä-hän voi vaikuttaa iskun suuntauksella, hydraulivasaran terän valinnalla jamyös voimalla. Materiaalin vetolujuus on helpointa ylittää materiaalin uloke-kohdissa, reunoilla jne. Ongelmallisimmat tilanteet rakenteille aiheuttaa suu-ritehoinen ja matalataajuinen hydraulivasara, joka ei riko kunnolla.

1

10

100

1 10 100Etäisyys (m)

Hei

lahd

usno

peus

(m

m/s

) 12 kJ 4 kJ

1 kJ

0.2 kJ

1

10

100

1 10 100

Etäisyys (m)

Hei

lahd

usno

peus

(m

m/s

) 12 kJ

4 kJ

1 kJ

0.2 kJ


Tärinän ympäristövaikutuksiin vaikuttavat iskuenergian lisäksi iskutaajuus.Lyöntien perusiskutaajuus on vasarasta riippuen 5....33 Hz. Resonanssialu-eella voidaan tärinäongelmaa pienentää säätämällä iskutaajuutta. Vasaraniskiessä kallioon, betoniin ja routaan syntyy iskusta myös korkeampia taa-juuksia. Ympäristöön ja rakenteisiin leviävän tärinän vaikutuksiin vaikuttaavasaran iskun luonne merkittävästi. Kriittisissä kohteissa ja haluttaessa tar-kemmin arvioida tärinän leviämistä ja siirtymistä rakenteisiin on tehtävä tä-rinäkokeita.

3.6 Liikenteen aiheuttama tärinä

Tieliikenteen aiheuttamaa tärinää maassa voidaan arvioida kuvan 10.17 pe-rusteella. Arviossa on otettava huomioon, että tärinä voi erityistapauksissaolla kuvassa esitettyä tärinää suurempaa tai pienempää.

Kuva 10.17. Tieliikenteen aiheuttama tärinä.

Alueen alarajalla raskaan liikenteen aiheuttama tärinä on kantavien maaker-rosten varaan tehdyillä tierakenteilla ja ylärajalla pehmeiköillä rakennettujenepätasaisten teiden ja raskaiden työmaa-ajoneuvojen tärinää. Kitkamaillerakennetuilla normaalikuntoisilla teillä tärinätaso on yleensä kuvan alarajanarvoja pienempää.

Tieliikennetärinään vaikuttavat lähinnä raskaat ajoneuvot ja tien kunto. Täri-nä leviää tehokkaammin pehmeiköllä. Ensisijaisesti tärinän suuruuteen vai-kuttavat tien ja kaluston kunto. Yleensä suurin tärinä aiheutuu tien epätasai-suuksista, jotka saavat ajoneuvon värähtelemään, kunnes iskunvaimentimetpysäyttävät liikkeen. Samalla epätasaisuudet aiheuttavat ympäristöön leviä-vän iskumaisen tärinän. Ajoneuvon värähtely puolestaan aiheuttaa maahantärinäaaltoja. Tärinän voimakkuuteen vaikuttavat pehmeiköllä myös akseli-kuormituksen “staattiset“ muodonmuutokset. Paikalla oleva ajoneuvonkuormitus näkyy staattisina painumina. Liikkuva ajoneuvo aiheuttaa staatti-sen painuman lisäksi tärinäaaltoja. Pehmeiköllä tärinän hallitseva taajuus onalhainen noin 2…10 Hz ja karkearakeisilla mailla korkeampi 5...15 Hz. Taa-juus riippuu myös ajoneuvon dynaamisista ominaisuuksista massasta ja jou-situksesta.

1

10

100

1 10 100

Etäisyys (m)

Hei

lahd

usno

peus

(m

m/s

)


Tieliikenteen tärinää voidaan ensisijaisesti vähentää pitämällä tiet hyvässäkunnossa. Toissijaisesti tärinää voidaan alentaa nopeuksia alentamalla jatierakennetta jäykistämällä. Pehmeiköillä on kaavoituksessa ja tiensuunnit-telussa suositeltavaa jättää asuinrakennusten ja teiden väliin noin 50...100metrin suojavyöhyke.

4 TÄRINÄN RAJA-ARVOT JA MITTAAMINEN

Tärinän raja-arvojen asettamisen ongelma on, ettei varmaa raja-arvoa tä-rinälle ole olemassa. Huonokuntoinen rakennus voi vaurioitua hyvin pienestätärinästä. Raja-arvoja arvioitaessa on otettava huomioon rakenteen kunto,materiaali ja toimintatapa. Koska yksittäinenkin tärinäkuormitus voi aiheuttaavaurioita rakennuksessa, ilmoitetaan rakennuksen tärinän raja-arvot yleensäheilahdusnopeuden huippuarvoina (mm/s).

Raja-arvot on tarkistettava tarvittaessa ennakkokatselmuksessa. Katselmuk-sessa ei riitä pelkästään halkeamien kartoitus vaan on arvioitava myös ra-kenteiden kunto ja niiden jäljellä oleva muodonmuutoskapasiteetti.

Louhintatöiden vaikutusalueen säteen ja katselmusalueen määrittäminen voitapahtua oheisen kuvan 10.18 mukaisesti. Suurinta räjähdysainemäärääkentässä voi arvioida esim. valitsemalla kohteen suurin pengerkorkeus,olettamalla etenemäksi 10-15 m, kentän leveydeksi leikkauksen koko leveysja käytettäväksi räjähdysainemääräksi 0,5 – 0,7 kg/m3.

Kuva 10.18. Louhinnan rakennekatselmusten alueen säde. Ylempi viiva kalliolleperustetuille, alempi viiva maanvaraisesti perustetuille. (Pöllä et. al.1996, s. 97, kuva 9.4).

0 400 800 1200 1600 2000

Etäisyys [m]

400

800

1200

1600

2000

2400

2800

Kent

än rä

jähd

ysai

nem

äärä

[kg]


Purkutyöt

Tärinä voi aiheuttaa vaurioita rakennuksessa kahdella tavalla, lähialueellavetolujuuden ylittymisenä ja kauempana värähtelyn aiheuttamien siirtymienaikaansaamina muodonmuutoksina. Vaurioita ja halkeamia syntyy, jos täri-nän aiheuttama jännitys ylittää rakennuksen materiaalin lujuuden. Betoninvetolujuuden arvo on noin 10 % puristuslujuudesta, jolloin vetolujuuden ylit-tyminen on yleensä kriittinen. Tärinämittausten perusteella voidaan arvioida,että sallittu vetojännitys ylittyy 0...0.5 metrin etäisyydelle betonirakenteidenrikkomiskohdasta. Tärinän heilahdusnopeuden raja-arvoksi voidaan betoni-rakenteiden purkutöissä säilytettävien rakenteiden läheisyydessä valita70 mm/s. On suositeltavaa, että säilytettävien rakenteiden läheisyydessäpurkutyöt tehdään ilman merkittävää tärinää, esimerkiksi timanttisahauksella.

Sitoutuva betoni

Tärinäkuormituksen aiheuttamat jännitykset ylittävät betonin vetolujuudenhuomattavasti helpommin kuin puristuslujuuden. Vaikka betonirakenteidenvetojännitys otetaan yleensä vastaan raudoituksella on vetolujuudella vai-kutusta rakenteiden toiminnassa. Vetolujuuden ylittyessä syntyy rakentee-seen halkeamia, joilla on merkitystä: rakenteiden jäykkyydessä ja samallamuodonmuutoksissa, leikkauskapasiteetissa, betonin ja teräksen tartunnas-sa, terästen korroosiossa ja samalla yleisemminkin betonin säilyvyydessä.Kun betoni murtuu vetorasituksesta sementtikivi ja osa rakeista murtuu jatartunta pettää. Kuvassa 10.19 on esitetty tärinän raja-arvot.

Kuva 10.19. Sitoutumisvaiheessa olevan betonin tärinän raja-arvot lujuuden pe-rusteella.

Rakenteet

Tärinän raja-arvoja määritettäessä on otettava huomioon, että osa rakentei-den muodonmuutoskapasiteetista on käytetty jo staattisten kuormitustenmuodonmuutoksiin. Jäljellä oleva muodonmuutoskapasiteetti olisi pystyttävämäärittämään ennakkokatselmuksessa. Lisärasitusta rakenteille aiheutuutärinän vaakasuuntaisista rasituksista.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20

K (MPa)


Rakennuksille ja rakenteille määriteltävät louhintatärinän heilahdusnopeudenpystykomponentin raja-arvot on esitetty työministeriön julkaisussa Räjäy-tysalan normeja, turvallisuusmääräykset 16:0. 1998. Sallittu heilahdusno-peuden arvo määritellään kaavasta:

v = Fk ∗ v1 , (10.16)

missä Fk on rakenteesta riippuva rakennustapakerroin. Ns. normaaliraken-teisen rakennuksen Fk on 1. Kevytbetonirakenteiden rakenteiden, kalkki-hiekkatiilistä olevien julkisivujen ja erityisen tärinäherkkien rakenteiden Fk on0,5 – 0,75. Suurempia, 1,2 – 2,0 Fk:n arvoja voidaan käyttää normissa mai-nituille, tavallista asuintaloa paremmin tärinää kestävälle rakenteelle, jos tä-rinänkestävyys on asiantuntijan tarkistama. Sallitun tärinän perusarvolle v1annetut arvot ovat seuraavia (taulukkoa 10.6 hieman lyhennetty normissaesitetystä).

Taulukko 10.6. Sallitun louhintatärinän perusarvon v1 riippuvuus etäisyydestä japerustamistavasta.

Etäisyys [m]rakenteeseen

Perustettukoheesiomaalle tai

löyhälle kitkamaalle, v1[mm/s]

Perustettu tiiviillekitkamaalle, v1

[mm/s]

Perustettu kiinteällekalliolle, v1 [mm/s]

5 18 35 85

10 18 35 70

20 15 28 5550 12 21 38100 10 17 28200 9 14 22

Louhintatärinää lukuun ottamatta ei rakennustöiden aiheuttamalle tärinälleole Suomessa asetettu raja-arvoja. Taulukossa 10.7 suositeltavat raken-nusten tärinän raja-arvot muulle kuin louhintatärinälle on määritetty pääasi-assa DIN-normin perusteella. DIN-normin raja-arvoja on laajennettu poh-joismaisiin olosuhteisiin, joissa esiintyy kovaa kalliota ja pehmeitä savia.Taulukon ylärajan arvot 50 - 100 Hz taajuusalueella soveltuvat kalliolle pe-rustetuille rakennuksille.

Taulukko 10.7. Hyväkuntoisen rakennuksen tärinärajat rakennustöiden aiheutta-malle tärinälle. Louhintatöille on esitetty raja-arvot taulukossa 10.6.

pystysuuntainen heilahdusnopeus (mm/s)taajuus

< 10 Hz 10 - 50 Hz 50 - 100 HzToimistot, teollisuusrak., pohjarakenteet 20 20 – 40 40 - 70

Asuinrakennukset 5 5 – 15 15 - 35Tärinälle aratrakennukset 3 3 - 8 8 - 15


Koneet ja laitteet

Koneiden ja herkkien laitteiden tärinän raja-arvot on määritettävä yleensäerikseen kone- ja laitetoimittajien antamien tietojen perusteella. Usein esilletuleva ongelma tietokoneiden tärinärajoista on yleensä ratkaistavissa var-mistamalla, että koneet ovat suljettuina tai niissä ei ainakaan ole luku- taikirjoitustoimintoja käynnissä tärinäkuormituksen aikana.

Tärinän mittaaminen

Tärinän huippuarvojen lisäksi on pyrittävä määrittämään myös hallitsevataajuus. Mittausten tulkinnassa on hyödyllistä, mikäli tärinä voidaan esittääjatkuvana aika-tasossa. Luotettavan käsityksen saaminen tärinästä edellyt-tää mittaamista usealla anturilla.

Yleensä mitataan pystysuuntaisen tärinän heilahdusnopeutta, jolle tärinänraja-arvot on määritetty. Tärinäanturin kiinnityskohta on valittava jäykästärakenne-osasta. Rakennuksissa mittauspiste on yleensä perustuksessa.Paikallisia resonanssikohtia on vältettävä ellei tutkita nimenomaan näidenrakenneosien tärinää. Kun ylärakenteet ovat tärinäkriittisiä on tärinämitattavanäistä rakenteista, jolloin niille on esitettävä asianmukaiset tärinän raja-arvot.

Maahan anturit kiinnitetään tarkoitukseen valmistettujen kiilojen tai metallile-vyjen välityksellä. Erityisesti on kiinnitettävä huomiota siihen, että anturi onkiinteästi asennettu.

Tärinän mittauskaluston on sovelluttava mittaustarkoitukseen ja sen on olta-va kalibroitu.

Tärinämittaukset tehdään rakenteesta tai laitteesta sellaisella mittarilla, jollavoidaan luotettavasti havaita tärinän huippuarvo yleensä taajuudella5 - 250 Hz. Matalataajuisen liikenne- syvätiivistys- ja paalutustärinän mit-taamisessa on taajuusalueen oltava 2...50 Hz. Rakennuksista riittää alle100 m etäisyyksillä heilahdusnopeuden pystykomponentin mittaaminen. Yli100 m etäisyyksillä on havaittu vaakakomponenttien suhteessa kasvavan,jolloin suositellaan kolmikomponenttimittausta.

ISBN 951-726-743-6TIEH 2100002-01

teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet · 9.2 tärinä ja melu 57 10 kirjallisuutta 58 11...

Documents