Tukiseiniin kohdistuvat maanpaineet dynaamisen kuormituksen alaisena : Laskentamenetelmien tarkastelu

Abstract

Tukiseinät ovat rakenteita, joita käytetään esimerkiksi kaivantojen tukemisessa ja rinteiden stabiloinnissa. Niihin kohdistuvien maanpaineiden arviointi on olennainen osa geoteknistä suunnittelua. Maanpaineeseen voivat vaikuttaa sekä staattiset että dynaamiset kuormitukset, joista jälkimmäisiä voivat aiheuttaa esimerkiksi liikenne, paalutus tai räjäytystyöt. Staattisen maanpaineen määrittämiseen on olemassa vakiintuneita menetelmiä, kuten Rankinen ja Coulombin teoriat, kun taas dynaamisten kuormien vaikutusten arviointi edellyttää erityisiä laskentamenetelmiä.

Tässä kandidaatintyössä tutkitaan dynaamisten kuormien vaikutusta tukiseiniin kohdistuviin sivuttaisiin maanpaineisiin. Työ koostuu kirjallisuuskatsauksesta sekä valittuihin menetelmiin perustuvista esimerkkilaskelmista. Aluksi tarkastellaan maaperän jännitystiloja ja maanpaineen muodostumisen periaatteita, minkä jälkeen käsitellään dynaamisten kuormien etenemistä maassa, vaimenemiseen vaikuttavia ilmiöitä sekä maaperän dynaamista käyttäytymistä. Näiden taustojen pohjalta tarkastellaan valittuja menetelmiä, joilla pyritään arvioimaan dynaamisen kuormituksen vaikutuksia maanpaineeseen.

Työssä tarkasteltiin neljää kirjallisuudessa esitettyä menetelmää, joilla voidaan arvioida dynaamisen kuormituksen vaikutusta maanpaineeseen. Näistä kolmeen menetelmään – yksinkertaistettuun korjauskerroinmenetelmään, kvasistaattiseen menetelmään ja seismisten kuormien laskentaan kehitettyyn Mononobe–Okabe-menetelmään – perehdyttiin tarkemmin laskentaesimerkkien avulla. Laskelmien tarkoituksena oli vertailla eri menetelmien antamia maanpainearvoja ja tuoda esiin niiden soveltuvuuteen liittyviä erityispiirteitä. Tavoitteena ei ollut kuvata todellisia jännitystiloja, vaan tarkastella arviointitapojen antamien tulosten eroja ja rajoitteita.

Kirjallisuustukimuksen tulokset tukevat näkemystä, että dynaamiset kuormitukset voivat muuttaa tukiseinään kohdistuvaa maanpainetta verrattuna staattisiin olosuhteisiin. Arvioiden luotettavuus on kuitenkin menetelmäkohtaista ja riippuu käytettyjen mallien oletuksista. Esimerkiksi Mononobe–Okabe-menetelmä ei ole suunniteltu tärinöiden, vaan seismisten kuormien analysointiin, mikä rajoittaa sen soveltuvuutta esimerkiksi liikenteen aiheuttaman dynaamisen kuormituksen tarkasteluun. Tämän vuoksi menetelmän soveltuvuuden ja siihen liittyvien epävarmuustekijöiden ymmärtäminen on suunnittelun kannalta olennaista.