Maanvaraisten perustusten geotekninen murtorajatilamitoitus uuden eurokoodi 7:n mukaisesti: Kantokestävyys, liukumisvarmuus ja kaatuminen anturaperustuksilla ja kulmatukimuureilla
Kurki, Riku-Matti (2024)
2024
Rakennustekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Civil Engineering
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2024-04-22
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202404103439
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202404103439
Tiivistelmä
Suomessa noudatetaan eurokoodeja eli kantavien rakenteiden eurooppalaisia suunnittelustandardeja maanvaraisten perustusten suunnittelussa. Eurokoodien toinen sukupolvi arvioidaan otettavan käyttöön vuosina 2025–2028. Uudet eurokoodit EN 1990 ja EN 1997 vaikuttavat maanvaraisten anturaperustusten ja tukimuurien mitoitustapoihin, osavarmuuslukuihin sekä mitoitusta koskeviin ohjeisiin ja reunaehtoihin.
Tämä diplomityö tutkii, miten uudet mitoitustavat vaikuttavat maanvaraisten sekä kallionvaraisten anturaperustusten ja tukimuurien murtorajatilamitoitukseen ja näiden mittoihin verrattuna nykyisiin mitoitustapoihin. Lisäksi tutkitaan vastaavasti nosturin tukijalan lävistysmurtoa karkearakeisella täytöllä, jonka alla on hienorakeista maata. Tulosten on tarkoitus auttaa Väylävirastoa ja Suomen ympäristöministeriötä tekemään Suomen kansallisia valintoja uusien eurokoodien mitoitustavoista ja osavarmuuslukujen arvoista.
Maanvaraiselle neliöanturalle ja jatkuvalle kulmatukimuurille laskettiin minimileveys kantokestävyyden ja liukumiskestävyyden murtorajatiloissa (GEO) eri pohjaolosuhteissa ja eri kuormilla. Kallionvaraiselle neliöanturalle ja kulmatukimuurille laskettiin minimileveys staattisen tasapainon (EQU) ja liukumiskestävyyden murtorajatiloissa eri kuormilla. Nosturin tukijalalle laskettiin kantokestävyyden murtorajatilassa (GEO) maksimikuorma eri täyttökerrospaksuuksilla ja tukijalan pohjan ko’oilla. Kantokestävyys ja liukumiskestävyys laskettiin nykyisillä eurokoodi 7:n mitoitustavoilla DA2 ja DA2* sekä uusilla eurokoodi 7:n mitoitustavoilla, jotka koostuvat kuormien osavarmuuslukusarjojen VC1, VC3 ja VC4 ja maan ominaisuuksien (MFA) tai kestävyyden (RFA) osavarmuuslukusarjojen yhdistelmistä. Staattinen tasapaino laskettiin nykyisen eurokoodi 7:n EQU-mitoitusmenettelyllä sekä uuden eurokoodi 7:n EQU-mitoitustavalla VC2. Mitoitustapojen tuloksia verrattiin toisiinsa.
Laskelmissa tarkistettiin erinäiset eurokoodien ja kansallisten liitteiden vaatimat reunaehdot. Käyttörajatiloista (SLS) tarkistettiin vain kuormien epäkeskisyys. Tutkimus ei sisällä laskentaa murtorajatiloista, jotka koskevat rakenteen tai rakenneosien sisäistä murtumista (STR), kokonaisvakavuutta, nosteen aiheuttamaa murtumista (UPL) tai hydraulista murtumista (HYD). Laskennat tehtiin analyyttisin menetelmin.
Antura- ja laattaperustusten uudet GEO-murtorajatilan mitoitustavat ovat lähes samat kuin tukirakenteiden. DA2 tuotti aina suuremman tai yhtä suuren leveyden kuin DA2*. Nykyistä mitoitustapaa DA1 vastaava mitoitustapojen (a) VC1+M1 ja (b) VC3+M2 yhdistelmä tuotti keskimäärin 7 % leveämmän neliöanturan kuin DA2*. Mitoitustapojen (a) VC4+M1 ja (b) VC3+M2 yhdistelmä tuotti keskimäärin 20 % leveämmän tukimuurin kuin DA2*. Nykyisistä mitoitustavoista selvästi poikkeava (c) VC1+M2 tuotti keskimäärin 16 % leveämmän anturan ja 34 % leveämmän tukimuurin kuin DA2*. DA2:ta lähes vastaava uusi mitoitustapa (d) VC1+RFA tuotti keskimäärin 8 % leveämmän anturan ja 4 % leveämmän tukimuurin kuin mitoitustapa DA2*. DA2*:ä lähes vastaava uusi mitoitustapa (e) VC4+RFA tuotti keskimäärin 3 % leveämmän anturan kuin DA2*, mutta kuorman vinoutta rajaavan erityisehtonsa takia keskimäärin 64 % leveämmän tukimuurin kuin DA2*. Tämä erityisehto, jonka mukaan vaakakuorma saa olla korkeintaan 20 % pystykuormasta, rajoittaa numeerisilla laskentamenetelmillä tärkeän mitoitustavan (e) VC4+RFA käyttöä.
Nosturin tukijalan mitoituksessa uudet mitoitustavat paitsi (c) VC1+M2 olivat keskimäärin 9–11 % edullisempia kuin DA2 ja DA2*. Uusi EQU-mitoitustapa VC2 poikkeaa selvästi nykyisestä EQU-mitoitustavasta. VC2 tuotti 5 % kapeamman neliöanturan ja 5–15 % kapeamman tukimuurin kuin nykyinen EQU-mitoitustapa riippuen maan lujuuteen kohdistetusta varmuudesta, jota uudet eurokoodit eivät määritä.
Tämä diplomityö tutkii, miten uudet mitoitustavat vaikuttavat maanvaraisten sekä kallionvaraisten anturaperustusten ja tukimuurien murtorajatilamitoitukseen ja näiden mittoihin verrattuna nykyisiin mitoitustapoihin. Lisäksi tutkitaan vastaavasti nosturin tukijalan lävistysmurtoa karkearakeisella täytöllä, jonka alla on hienorakeista maata. Tulosten on tarkoitus auttaa Väylävirastoa ja Suomen ympäristöministeriötä tekemään Suomen kansallisia valintoja uusien eurokoodien mitoitustavoista ja osavarmuuslukujen arvoista.
Maanvaraiselle neliöanturalle ja jatkuvalle kulmatukimuurille laskettiin minimileveys kantokestävyyden ja liukumiskestävyyden murtorajatiloissa (GEO) eri pohjaolosuhteissa ja eri kuormilla. Kallionvaraiselle neliöanturalle ja kulmatukimuurille laskettiin minimileveys staattisen tasapainon (EQU) ja liukumiskestävyyden murtorajatiloissa eri kuormilla. Nosturin tukijalalle laskettiin kantokestävyyden murtorajatilassa (GEO) maksimikuorma eri täyttökerrospaksuuksilla ja tukijalan pohjan ko’oilla. Kantokestävyys ja liukumiskestävyys laskettiin nykyisillä eurokoodi 7:n mitoitustavoilla DA2 ja DA2* sekä uusilla eurokoodi 7:n mitoitustavoilla, jotka koostuvat kuormien osavarmuuslukusarjojen VC1, VC3 ja VC4 ja maan ominaisuuksien (MFA) tai kestävyyden (RFA) osavarmuuslukusarjojen yhdistelmistä. Staattinen tasapaino laskettiin nykyisen eurokoodi 7:n EQU-mitoitusmenettelyllä sekä uuden eurokoodi 7:n EQU-mitoitustavalla VC2. Mitoitustapojen tuloksia verrattiin toisiinsa.
Laskelmissa tarkistettiin erinäiset eurokoodien ja kansallisten liitteiden vaatimat reunaehdot. Käyttörajatiloista (SLS) tarkistettiin vain kuormien epäkeskisyys. Tutkimus ei sisällä laskentaa murtorajatiloista, jotka koskevat rakenteen tai rakenneosien sisäistä murtumista (STR), kokonaisvakavuutta, nosteen aiheuttamaa murtumista (UPL) tai hydraulista murtumista (HYD). Laskennat tehtiin analyyttisin menetelmin.
Antura- ja laattaperustusten uudet GEO-murtorajatilan mitoitustavat ovat lähes samat kuin tukirakenteiden. DA2 tuotti aina suuremman tai yhtä suuren leveyden kuin DA2*. Nykyistä mitoitustapaa DA1 vastaava mitoitustapojen (a) VC1+M1 ja (b) VC3+M2 yhdistelmä tuotti keskimäärin 7 % leveämmän neliöanturan kuin DA2*. Mitoitustapojen (a) VC4+M1 ja (b) VC3+M2 yhdistelmä tuotti keskimäärin 20 % leveämmän tukimuurin kuin DA2*. Nykyisistä mitoitustavoista selvästi poikkeava (c) VC1+M2 tuotti keskimäärin 16 % leveämmän anturan ja 34 % leveämmän tukimuurin kuin DA2*. DA2:ta lähes vastaava uusi mitoitustapa (d) VC1+RFA tuotti keskimäärin 8 % leveämmän anturan ja 4 % leveämmän tukimuurin kuin mitoitustapa DA2*. DA2*:ä lähes vastaava uusi mitoitustapa (e) VC4+RFA tuotti keskimäärin 3 % leveämmän anturan kuin DA2*, mutta kuorman vinoutta rajaavan erityisehtonsa takia keskimäärin 64 % leveämmän tukimuurin kuin DA2*. Tämä erityisehto, jonka mukaan vaakakuorma saa olla korkeintaan 20 % pystykuormasta, rajoittaa numeerisilla laskentamenetelmillä tärkeän mitoitustavan (e) VC4+RFA käyttöä.
Nosturin tukijalan mitoituksessa uudet mitoitustavat paitsi (c) VC1+M2 olivat keskimäärin 9–11 % edullisempia kuin DA2 ja DA2*. Uusi EQU-mitoitustapa VC2 poikkeaa selvästi nykyisestä EQU-mitoitustavasta. VC2 tuotti 5 % kapeamman neliöanturan ja 5–15 % kapeamman tukimuurin kuin nykyinen EQU-mitoitustapa riippuen maan lujuuteen kohdistetusta varmuudesta, jota uudet eurokoodit eivät määritä.