Kallion jännitystilan mittausmenetelmät

Abstract

Kalliorakennustekniikoiden kehittymisen myötä kalliomekaaniset laskennat, kuten kallion in situ jännitystilan mittaus, ovat nousseet yhä tärkeämpään asemaan. Työn tarkoitus on selventää jännitystilan mittausmenetelmä Pohjoismaissa ja vastata tutkimuskysymykseen, mitkä tekijät vaikuttavat kallion jännitystilan mittausmenetelmän valintaan. Työ on kirjallisuusselvitys ja perustuu erityisesti Juha Pennalan (2017) diplomityöhön Update of Finnish in situ rock stress data. Lisäksi kalliorakennus alan osaajien haastatteluilla täydennetään tietoja. Työssä havaittiin, että in situ jännitystilasta löytyy paljon materiaalia englanniksi, muttei juurikaan suomeksi.

Työ jakaantuu kahteen osaan. Kirjallisuustutkimusosa keskittyy pohjateorian ja menetelmien selvitykseen. Alkuun tarkastellaan jännityksen syntyä Pohjoismaiden kallioperään ja perehdytään jännitystilan muutoksen vaikutukseen kalliossa. Kalliomekaniikan tausta teorioihin kuuluvat murtokriteerit esitellään myös lyhyesti ja perehdytään tarkemmin mittausten laskukaavoihin. Seuraavaksi tutustutaan pohjoismaissa yleisimmin käytettyihin kallion jännitystilan mittaus menetelmiin, hydraulinen murtamismenetelmä, LVDT-menetelmä ja venymäliuskamittaukseen perustuva perinteinen irtikairausmenetelmä. Haastatteluosuudessa haastatellaan kalliorakentamisalan edustajia, Kalle Holménia, Matti Hakalaa, Jesse Strömiä ja Antti Kivistä. Vastauksissa oli selkeää eroa haastateltavien taustan mukaan, sillä osa on kalliomekaniikan ammattilaisia ja osa kalliosuunnittelijoita. Kuitenkin yhtenäiseksi linjaksi nousee, että LVDT-menetelmää suositaan hankkeissa, joissa pystytään mittaamaan jännitystilaa jo olemassa olevasta kalliotilasta, joka edustaa samaa kalliomassaa kuin uuden kalliotilan alueen kallio. Mikäli joudutaan mittaamaan maanpäältä, suositaan hydraulista murtamismenetelmää. Kirjallisuustutkimuksen ja haastattelujen pohjalta taulukoidaan menetelmien heikkouksia ja vahvuuksia.

Työ osoittaa, että mikäli mittaukselle on tarvetta, menetelmän valintaan vaikuttaa useita tekijöitä. Ensinnäkin mitä halutaan kohteesta mitata, pystyykö mittauksen toteuttamaan kalliotilasta vai maanpäältä kairareiästä, hinta ja kohteen aikataulu merkkaavat tapauskohtaisesti eriävissä määrin, hankkeen kalliomassan ominaisuudet ja menetelmien erot vaikuttavat mittaustulosten laatuun ja tarkkuuteen, mitkä vaikuttavat erityisesti tiedon käsittelyssä ja mallintajan näkemykselle jäävän vastuun määrässä