Betonin puristuslujuus erilaisten rasitustasojen jälkeen
Kujala, Toni (2017)
2017
Rakennustekniikka
Talouden ja rakentamisen tiedekunta - Faculty of Business and Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-03-08
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201703091130
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201703091130
Tiivistelmä
Standardin EN 1992-1-1 mukaan betonin puristusjännityksiä tulee rajoittaa, ettei mikrohalkeamat, jännityksen suuntaiset halkeamat tai viruminen heikennä betonirakenteen toimintaa haitallisesti. Työssä haluttiinkin saada lisätietoa siitä, minkälaisia puristusjännityksiä erilaisissa rasituksissa betonille voidaan sallia. Tutkittiin siis staattisen, toistuvan ja lyöntirasituksen heikentävää vaikutusta betonin puristuslujuuteen. Tätä tutkittiin kirjallisen ja kokeellisen tutkimuksen avulla. Kirjallisessa tutkimuksessa on keskitytty myös betonin sallittuihin puristusjännitysrajoituksiin, väsymisilmiöön sekä betonin kimmokertoimen määritykseen lyöntirasituksessa. Betonin sallittuja puristusjännityksiä on työssä tarkasteltu jännitettyjen rakenteiden ja teräsbetonipaalujen avulla.
Kokeellisessa tutkimuksessa teräsbetonipaaluista poratuille betonikoekappaleille tehtiin staattinen ja toistorasitus. Lyöntirasituskoe tehtiin teräsbetonipaaluille paalutuskoneella, jonka jälkeen niistä porattiin aksiaalisesti koekappaleet. Rasitusten jälkeen seuraavana päivänä koekappaleille tehtiin puristuslujuus- ja halkaisuvetolujuuskoe, joiden avulla pyrittiin koetuloksia vertailemaan. Kokeet on pyritty tekemään standardien mukaisesti. Betonin rasitusikä oli kaikissa kokeissa 14 vuorokautta. Lisäksi lyöntirasitus tehtiin kolmen (3) vuorokauden ikäiselle betonille, jotta saataisiin tietoa kuormitusajanhetken vaikutuksesta. Rasittamattomat referenssikoekappaleet tehtiin kullekin rasitukselle. Betonin kimmokerroin lyöntirasituksessa on määritetty iskuaallonnopeuden perusteella. Kimmokertoimen ja PDA-mittauksen venymien avulla saatiin toteutuneet jännitystasot laskettua. Tavoitteelliset jännitystasot koekappaleille olivat 60 %, 70 % ja 80 % maksimikuormasta. Toistomäärät olivat noin 50-5000 toistoa. Staattisessa rasituksessa kuormituksenkesto oli 1 minuutista 1000 minuuttiin.
Tuloksissa ei havaittu merkittävää muutosta jännitystasoilla (0,6-0,7)∙fck staattisissa ja toistorasituksissa. Jännitystason 0,8∙fck jälkeen betoni käyttäytyy arvaamattomasti. Lyöntirasituksessa betonin puristuslujuus pienenee jo 0,6∙fck jännityksellä ja kasvaa jännityksen ja toistomäärän kasvaessa. Jännitystasolla 0,8∙fck puristuslujuus on pienentynyt jo 20 % alle 100 toistomäärällä. Siksi lyöntien heikentävä vaikutus tulisi ottaa huomioon teräsbetonipaalun mitoituksessa. Kirjallisen ja kokeellisen tutkimuksen perusteella teräsbetonirakenteiden puristusjännitys tulisi rajoittaa arvoon 0,6∙fck sekä esijännitettyjen rakenteiden laukaisuhetkenjännitys arvoon 0,65∙fck. Teräsbetonipaalujen puristusjännitys lyöntien aikana tulisi tutkimuksen mukaan rajoittaa 0,8∙fck arvoon. Tutkimuksessa pystyttiin myös määrittämään teräsbetonipaalun S-N-kuvaaja kokeissa rikkoutuneiden teräsbetonipaalujen avulla.
Kokeellisessa tutkimuksessa teräsbetonipaaluista poratuille betonikoekappaleille tehtiin staattinen ja toistorasitus. Lyöntirasituskoe tehtiin teräsbetonipaaluille paalutuskoneella, jonka jälkeen niistä porattiin aksiaalisesti koekappaleet. Rasitusten jälkeen seuraavana päivänä koekappaleille tehtiin puristuslujuus- ja halkaisuvetolujuuskoe, joiden avulla pyrittiin koetuloksia vertailemaan. Kokeet on pyritty tekemään standardien mukaisesti. Betonin rasitusikä oli kaikissa kokeissa 14 vuorokautta. Lisäksi lyöntirasitus tehtiin kolmen (3) vuorokauden ikäiselle betonille, jotta saataisiin tietoa kuormitusajanhetken vaikutuksesta. Rasittamattomat referenssikoekappaleet tehtiin kullekin rasitukselle. Betonin kimmokerroin lyöntirasituksessa on määritetty iskuaallonnopeuden perusteella. Kimmokertoimen ja PDA-mittauksen venymien avulla saatiin toteutuneet jännitystasot laskettua. Tavoitteelliset jännitystasot koekappaleille olivat 60 %, 70 % ja 80 % maksimikuormasta. Toistomäärät olivat noin 50-5000 toistoa. Staattisessa rasituksessa kuormituksenkesto oli 1 minuutista 1000 minuuttiin.
Tuloksissa ei havaittu merkittävää muutosta jännitystasoilla (0,6-0,7)∙fck staattisissa ja toistorasituksissa. Jännitystason 0,8∙fck jälkeen betoni käyttäytyy arvaamattomasti. Lyöntirasituksessa betonin puristuslujuus pienenee jo 0,6∙fck jännityksellä ja kasvaa jännityksen ja toistomäärän kasvaessa. Jännitystasolla 0,8∙fck puristuslujuus on pienentynyt jo 20 % alle 100 toistomäärällä. Siksi lyöntien heikentävä vaikutus tulisi ottaa huomioon teräsbetonipaalun mitoituksessa. Kirjallisen ja kokeellisen tutkimuksen perusteella teräsbetonirakenteiden puristusjännitys tulisi rajoittaa arvoon 0,6∙fck sekä esijännitettyjen rakenteiden laukaisuhetkenjännitys arvoon 0,65∙fck. Teräsbetonipaalujen puristusjännitys lyöntien aikana tulisi tutkimuksen mukaan rajoittaa 0,8∙fck arvoon. Tutkimuksessa pystyttiin myös määrittämään teräsbetonipaalun S-N-kuvaaja kokeissa rikkoutuneiden teräsbetonipaalujen avulla.