13/08/2018
logo

Stabiliteetti

Stabiliteetti

Maarakenteet aiheuttavat pohjamaahan kuormitusta, jonka seurauksena maaperän vakavuus, eli stabiliteetti, voi heiketä. Stabiliteetin ollessa riittämätön pohjamaahan syntyy murtotila, jonka seurauksena rakenne voi sortua tai rakenteessa ja ympäröivissä rakenteissa voidaan havaita sallittua suurempia siirtymiä. 

Leca-kevytsora soveltuu erinomaisesti stabiliteettiongelmien ratkaisemiseen. Stabiliteetti on ongelma, joka esiintyy usein alueilla, joissa pohjamaan lujuus on alhainen. Stabiliteettiongelmat korostuvat heikolla pohjamaalla sivukaltevassa maastossa tai esim. jokiuomien läheisyydessä. Nämä ongelmat voidaan ratkaista käyttämällä Leca-kevytsoraa täyttömateriaalina. Sen kevyt paino vähentää lisäkuormitusta alustassa, joka voi näin pitää yllä riittävää vakautta.

Käytettäessä Leca-kevytsoraa stabiliteetin parantamisessa tulee ottaa huomioon mm. seuraavat asiat:

  • Pohjamaan ominaisuudet ja kuormitushistoria
  • Huokosveden paine pohjamaassa
  • Pohja- ja/tai orsiveden sekä mahdollisen avoveden pinnan taso
  • Maanpinnan ja maakerrosten kaltevuus ja uomat rakenteen sivulla
  • Rakenteelta vaadittu varmuus sortumaa vastaan
  • Pysyvät ja muuttuvat kuormat
  • Viereiset rakenteet ja niiden perustukset

Perusratkaisuja

Jännitykset maaperässä

Lisäjännitykset maaperässä pienenevät syvemmällä kuten kuvassa 1 on esitetty. Kuvassa näkyy myös, että Leca-kevytsoran käyttö vähentää jännityksiä entisestään. Tämä puolestaan parantaa rakenteiden stabiliteettia.

Kuva 1

Kevennysrakenne stabiliteetin parantamiseksi. Pohjamaahan kohdistuva jännitys kiviainespenkereellä punaisella ja kevytsorakevennetyllä penkereellä vihreällä viivalla.

Kuva_1_stabiliteetti.png

 

Murtumisen varmuuskerroin määritellään jakamalla leikkausjännitysten maksimikapasitteetti todellisella leikkausjännityksellä.

Stabiliteettikaava.png

Tämä näyttää, että todellisen leikkausjännityksen pieneminen saa aikaan suuremman varmuuskertoimen ja paremman stabiliteetin.

Tie heikolla pohjalla

Kuvassa 2 esitetään heikolle pohjalle rakennettu tie. Kun tämä tie rakennetaan Leca-kevytsoralla, pienenevät lisäjännitykset (vaakasuorat, pystysuorat ja leikkausjännitykset), mikä puolestaan parantaa stabiliteettia. Lisäjännitysten riittävä pieneneminen voi saada aikaan sen, että vastapainotäyttöä ei tarvita.

Kuva 2

Kevytsoralla kevennetty penger jokiuoman vieressä tilanteessa, jossa raskas kiviainespenger ei olisi mahdollinen ilman muita pohjan vahvistustoimenpiteitä.

Kuva_2_stabiliteetti.png

Kompensoivat perustat rinteessä

Kuvassa 3 on luiskaan rakennettu rakennus. Yksi mahdollinen ratkaisu luiskan stabiliteetin ylläpitämisessä on kompensoida kuormitusta vaihtamalla täyttömateriaalia. Tämän ratkaisun avulla vastatäyttö saattaa osoittautua tarpeettomaksi.

Kuva 3

Massanvaihto perustuksissa

Stabiliteetti3.jpg

 

Näytä kaikki

Esimerkki 1: Tie pehmeän saven päällä - vaakasuora maasto

Tie rakennetaan pehmeän saven päälle, jolloin pitää verrata seuraavia kahta vaihtoehtoa: 

  • Tie, jossa soraa käytetään täyttömateriaalina
  • Tie, jossa Leca-kevytsoraa käytetään täyttömateriaalina ja soraa jakavassa kerroksessa

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

Materiaali Paino pohjaveden-
pinnan yläpuolella
γ
[kN/m³]
Paino pohjaveden-
pinnan alapuolella
γ
[kN/m³]
Kuivatta-
maton
leikkaus-lujuus
Su
[kPa]
Lisääntynyt
leikkauslujuus
syvyyden mukaan
ΔSu
[kPa/m]

Kitka-
kulma 

φ

Koheesio

[kPa]
Kitkamaa 20 10 - - 38 0
Irtonainen savi 19 9 15 1 - -
Kiinteä savi 19 9 50 5 - -
Leca- kevytsora 8-20 mm 4 0 - - 39 0

Laskelmat tehdään analyysiohjelmalla Slide. Ohjelma laskee rakenteiden kriittisimmän murtopinnan, ts. antaa matalimman varmuuskertoimen.

Tässä esimerkissä vaaditaan varmuuskerrointa F³ 1,5.


Ratkaisu 1: Tie kitkamaalla

Pohjarakenteet koostuvat 4 m paksuisesta pehmeästä savikerroksesta 6 m paksun kiinteän savikerroksen päällä. Pohjaveden pinta on maaston tasolla. Penkereen pintaan kohdistuva kuormitus on lisäkuormitus. Materiaaliparametrit on esitetty  yllä olevassa taulukossa. 

kuva15.jpg

Kuva 15. Kitkamaatien maaprofiili

Kuvassa 15 esitetään maaprofiili tielle ja maaolosuhteet. Tie on 4 m korkea ja 10 m leveä yläosastaan. Rinteen kulma on 1:3, mikä tarkoittaa, että koko tierakenteen leveys on 34 m.

kuva16.jpg

Kuva 16. Murtopinta ja varmuuskerroin kitkamaatielle

Kuvassa 16 esitetään Slide-ohjelman antamat tulokset ja kerrotaan tiiviin savikerroksen murtopinta. On tavallista, että murtuma ulottuu alas tiiviiseen maakerrokseen. Tuloksena on varmuuskerroin F = 1,22, mikä ei täytä vaatimusta F = 1,5.


Ratkaisu 2: Tie, jossa käytetään Leca-kevytsoraa täytemateriaalina

Kun saven leikkausjännitystä pienennetään, varmuuskerroin kasvaa. Tämä voidaan tehdä niin, että osa kitkamateriaalista vaihdetaan Leca-kevytsoraan 8-20 mm.

kuva17.jpg

Kuva 17. Maaprofiili tielle, jossa on Leca-kevytsoraa

Kuvassa 17 esitetään mahdollinen ratkaisu, jossa Leca-kevytsoraa käytetään täytemateriaalina ja soraa kantavana kerroksena. Tien mitat ovat samat kuin ratkaisussa 1. Tien päälle asetettu kuormitus on lisäkuormitus.

kuva18.jpg

Kuva 18. Murtopinta ja varmuuskerroin tielle, jossa on Leca-kevytsoraa

Kuvassa 18 esitetään Slide-ohjelman antamat tulokset ja sama murtopinta kuin ratkaisussa 1. Varmuuskeroin on kuitenkin noussut huomattavasti: F = 2,05. Se on erittäin hyvä ja täyttää vaatimukset.


Esimerkki 2: Tie pehmeän saven päällä - kalteva maasto

Tie rakennetaan pehmeän saven päälle kaltevassa maastossa, jolloin pitää verrata seuraavia kahta vaihtoehtoa:

  • Tie, jossa soraa käytetään täyttömateriaalina
  • Tie, jossa Leca-kevytsoraa käytetään täyttömateriaalina ja soraa kantavassa kerroksessa
Materiaali Paino pohjaveden-
pinnan yläpuolella
γ
[kN/m³]
Paino pohjaveden-
pinnan alapuolella
γ
[kN/m³]
Kuivatta-
maton
leikkaus-lujuus
Su
[kPa]
Lisääntynyt
leikkauslujuus
syvyyden mukaan
ΔSu
[kPa/m]

Kitka-
kulma 

φ

Koheesio

[kPa]
Kitkamaa 20 10 - - 38 0
Irtonainen savi 19 9 15 3 - -
Kiinteä savi 19 9 50 5 - -
Leca- kevytsora 8-20 mm 4 0 - - 39 0

Myös tässä tapauksessa laskelmat suoritetaan ohjelmalla Slide. 

Tässä esimerkissä vaaditaan varmuuskerrointa F³ 1,5.


Ratkaisu 1: Tie, jossa soraa käytetään täytemateriaalina

Pohjarakenteet muodostuvat 4 m paksusta kerroksesta pehmeää savea, jonka alla on kiinteää savea. Tie on järven rannalla, mikä antaa kuvan mukaisen pohjavesitason. Penkereen pintaan kohdistuva kuormitus on lisäkuormitus. Materiaaliparametrit on esitetty yllä olevassa taulukossa.

kuva19.jpg

Kuva 19. Kaltevassa maastossa olevan soratien maaprofiili

Kuvassa 19 esitetään tien maaprofiili ja maaolosuhteet. Tie on 4,5 m korkea ja 9 m leveä yläosastaan. Maaston kaltevuus on 1:6 ja tien 1:1,5.

kuva20.jpg

Kuva 20. Murtopinta ja varmuuskerroin soratielle.

Kuvassa 20 esitetään ohjelman Slide tulokset ja varmuuskerroin F = 1,15. Tämä ei täytä vaatimuksia ja on lisäksi hyvin lähellä murtumista.


Ratkaisu 2: Tie, jossa käytetään Leca-kevytsoraa täytemateriaalina

Kuten esimerkissä 1 antaa leikkausjännitysten pieneneminen paremman varmuuskertoimen. Osa tiestä vaihdetaan siksi Leca-kevytsoraan 8–20 mm, mikä vähentää kokonaispainoa. 
Tien päälle asetettu kuormitus on lisäkuormitus. Yksi mahdollinen ratkaisu esitetään alla olevassa kuvassa.

kuva21.jpg

Kuva 21. Maaprofiili tielle, jossa on Leca-kevytsoraa kaltevassa maastossa

kuva22.jpg

Kuva 22. Murtopinta ja varmuuskerroin tielle, jossa on Leca-kevytsoraa

Kuvassa 22 esitetään ohjelman Slide tulokset ja varmuuskerroin F = 1,56. Tuloksista näkyy selkeä varmuuskertoimen parantuminen ja vaatimukset täyttyvät.