Weber Saint-Gobain - Official website of the company

Rakenne-esimerkkejä painumat

Esimerkki 1: Kuormituksen kompensaatio Leca® kevytsoralla

Pinta tulee nostaa 1,5 m painuvan maan, tässä tapauksessa irtonaisen saven, yläpuolelle. Laskelmat tehdään kolmelle eri ratkaisulle sekä ratkaisun 1.3 tapauksessa kohoamisen turvaamiselle.

  • 1.1 Ei kuormituksen kompensaatiota
  • 1.2 Osittainen kuormituksen kompensaatio
  • 1.3 Täysi kuormituksen kompensaatio
  • 1.4 Suoja kevytsoratäytön kohoamiselle

Painumalaskelmat suoritetaan tietokonesimulaationa ohjelmalla Plaxis 8.2. Laskelmat perustuvat pakkausanalyysiin, joka käsittää laskelmat ensisijaisesta painumasta, jota esiintyy kun suuri paine vähenee. Tässä esimerkissä ei huomioida virumista.

Materiaaliominaisuudet, joita tässä laskelmassa käytetään, on esitetty alla olevassa taulukossa.

Materiaaliominaisuudet

Materiaali Paino pohjaveden-

pinnan yläpuolella

γ

[kN/m³]

Paino pohjaveden-

pinnan alapuolella

γ

[kN/m³]

E-moduuli

E

[kN/m²]

Suppeuma-

luku

v

Kitka-

kulma

φ

Läpäisevyys

K

[m/päivässä]

Sora 20 10 20000 0,2 38 100
Savi 19 9 1200 0,3 22 10-4
Hiekka 18 8 13000 0,3 35 1
Leca® kevytsora 8–20 mm 4 0 1500 0,3 39 100

1.1 Ei kuormituksen kompensaatiota

Kuva 1

Kuvassa 1 esitetään ensimmäinen ratkaisu ja tässä tapauksessa nosto suoritetaan soralla ilman minkäänlaista kuormituksen kompensaatiota.

Kuva 2

Kuvassa 2 näkyy käyrä Plaxiksella laskettu painuma aika-akselilla. Laskelmat osoittavat 151 mm painuman.

1.2 Osittainen kuormituksen kompensaatio

Kuva 3

Kuvassa 3 esitetään toinen ratkaisumalli, osittainen kuormituksen kompensaatio, joka toteutetaan 1 m paksulla sorakerroksella, jota pidetään riittävänä, sekä 1m paksuisella kerroksella 8-20 mm:n Leca® kevytsoraa.

Kuva 4

Kuvassa 4 on esitetty painumakäyrä - osittainen kuormituksen kompensaatio.

1.3 Täysi kuormituksen kompensaatio

Kuva 5

Täysi kuormituksen kompensaatio toteutetaan niin, että osa hiekasta kaivetaan pois ja korvataan Leca® kevytsoralla.
 
Täytteen paino (1 m soraa ja 0,5 m kevytsoraa):

1,0 × 20 + 0,5 × 4 = 22 kPa
 
Kaivuusyvyys hiekassa kompensaatiota varten:

d (18 – 4) = 22 kPa
d = 1,6 m

 
Kevytsoran kokonaispaksuus:

0,5 + 1,6 = 2,1 m

1.4 Suoja nousemista vastaan

Kevytsoramateriaalin pieni paino johtaa nosteeseen, kun se peittyy vedellä. Tämä tulee ottaa laskelmissa huomioon. Suoja nostetta vastaan lasketaan tilanteessa, jossa pohjavesitaso nousee alkuperäisen maanpinnan tasolle (0 m).
 
Sora ja kevytsoran ylempi kerros toimii lastina:

σ ’sora + 0,5 m kevytsora = 1,0 × 20 + 0,5 × 4 = 22 kPa
 
Leca®-kevytsoran 8-20 mm alustava ominaispaino antaa 6,0 kN/m³ nosteen. Tämä johtaa tehokkaaseen ominaispainoon:

γ’ = 6,0 – 10 = - 4 kN/m³
 
Mikä puolestaan antaa nosteen, jonka paine on:

σ’ kevytsoran nosto = 1,6 × 4 = 6,4 kPa

Suoja nousemista vastaan:


Esimerkki 2: Täyttö Leca® kevytsoralla

Maantie täytyy rakentaa maakerrokselle, joka ei ole erityisen pitävä. Tyypillisessä välissä 0,2 m paksu pintamaakerros on saven päällä, jonka kuivakerros on 1,3 m.

Materiaaliominaisuudet, joita tässä laskelmassa käytetään, on esitetty alla olevassa taulukossa

Materiaaliominaisuudet

Materiaali Paino pohjaveden-

pinnan yläpuolella

γ

[kN/m³]

Paino pohjaveden-

pinnan alapuolella

γ

[kN/m³]

Jäykkyys

MO

[kN/m²]

Jäykkyys

ML

[kN/m²]

OC

[kN/m²]

Läpäisevyys

K

[m/päivässä]

Perinteiset täytömateriaalit 20 10 - - - 100
Kuivakuori 18 8 10000 5000 100 5x10-9
Savi 16 6 7500 400 0 10-9
Leca® kevytsora 4,7 0 - - - 100

Laskentaesimerkki 1

Ensimmäinen laskelma perustuu painavaan täytemateriaaliin (perinteinen materiaali) 1 m paksuisena kerroksena, kun pintamaa (0,2 m) on poistettu. Kerroksen paksuus, geometria ja lopullinen kuormitus näkyvät kuvasta 6.

Tiellä tulee olemaan kaksi ajokaistaa, kumpikin 3,75 + 0,75 m leveitä, joten kokonaisleveys on enimmillään 9 m. Korkeus on 0,8 m olemassa olevan maanpinnan yläpuolella 1:3 rinteessä.

Kuva 6. Tiepenger

Noin 0,1 m painuma 40 vuoden aikana on hyväksyttävää. Alustavat laskelmat sallittava kuormituksen arvioimisessa riippuu painumavaatimuksista.

Arvioitu painuma näkyy kuvassa 7.

Nämä laskelmat pohjautuvat oletukselle, että saven painumista tapahtuu sen kuivakuoren alla ja huomioimatta kuormituksen jakamista, mikä mahdollistaisi suuremman kuormituksen. Arviot tehdään oletuksella, että  4–5 kPa kuormitus voidaan lisätä niin, että painumat ovat yhä hyväksyttävissä. Vahvistus tapahtuu tietokonesimulaation avulla.

Kuva 7. Tulokset - painuma perinteisellä täytemateriaalilla

Laskentaesimerkki 2

Painumavaatimukset eivät täyty ja lisäkuorma on yhteensä17 kPa. Kuormituksen kompensaatio toteutetaan poistamalla painavaa materiaalia ja korvaamalla se Leca®-kevytsoralla.  
 
Laskelmat kevytsoralla tehdyn kuormituksen kompensaation osalta tehdään tien keskiosan kohdalta.
 
Kuormituksen kompensaation tarve: 17 – 5 = 12 kPa

Leca® kevytsoran määrä: x = 12 / (18-4,7) = 0,9 m

Kuva 8. Tie Leca® kevytsoralla

Kevytsora levitetään tiehen. Sitoutumattoman pintarakenteen soveltuvan korkeuden katsotaan olevan 0,7 m dokumentissa ATB Lättklinker i vägkonstruktioner (publ 2003:1) esitettyjen vaatimusten mukaisesti.

Kevytsorakerroksen paksuus, geometria ja lopullinen kuormitus näkyvät kuvasta 8. Kevytsora levitetään niin, että aikaansaadaan tasainen painumajako koko tien leveydeltä.

Sivuilla käytetään suurempaa kuormitusta painuman tasaamiseksi. Laskelmien mukaiset painumat ovat yhteensä 0,1 m ottamatta huomioon segmentin painumaeroja, katso kuva 9.

Kuva 9. Tulokset - painuma Leca® kevytsoralla

Kevytsoratäytteen lopullisen muodon saamiseksi tulee tehdä laskelmia eri kokoonpanoilla, kunnes lopputulokselta voidaan odottaa tasaista painumaa koko tien osalta. Esimerkissä otetaan huomioon vain ensisijainen painuma, eikä lainkaan virumista.