Rapport 11:2010 Tillämpningsokument/beräkningsexempel EN 1997-1 kapitel 9 Stömur
IEG Rapport 11:2010 Tillämpningsokument/beräkningsexempel EN 1997-1 kapitel 9 Stömur Framtagen av IEG Stockholm 2010
IEG Rapport Implementeringskommissionen för Europastanarer inom Geoteknik Beställning IEG c/o IVA Grev Turegatan 14 Box 5073 102 42 Stockholm Org. Nr 802430-1221 E-post: ieg@iva.se Web: www.ieg.nu ISBN 978-91-85647-40-8 Upplaga Digital Version Maj 2011 iv IEG Rapport 7:2008
Föror Denna rapport har framtagits på upprag av IEG (Implementeringskommission för Europastanarer inom Geoteknik), som är en ieell förening uner Kungl. Ingenjörsvetenskapsakaemiens hägn. Föreningen har till uppgift att initiera, samorna och utföra arbete, som krävs för implementering av Europastanarer inom Geoteknikområet i Sverige. Denna rapport/beräkningsexempel beskriver hur EN 1997-1 kan tillämpas för stömurar i Sverige baserat på e två tillämpningsokumenten Plattgrunläggning och Stökonstruktioner. Värefulla synpunkter på rapporten har inkommit från Håkan Stille, KTH och Per-Evert Bengtsson, SGI. IEG kommer att uppatera tillämpningsokumenten efterhan som erfarenhet erhålls från tillämpning av EN1997-1. Målsättningen är att ha ett levane okument som unerlättar införanet av Euroko och övriga Europastanarer i Sverige. För att uppnå etta mål, så behövs ina synpunkter på vilka förbättringar, änringar, tillägg som behövs av tillämpningsokument för att et skall bli et hjälpmeel som u och ina kollegor behöver? Har u frågor eller jämförane beräkningar som u vill att IEG skall ta el av? På www.ieg.nu finner u instruktioner för vart u skall skicka ina synpunkter, för att e skall beaktas vi revieringen av etta okument. IEG tackar på förhan för ina synpunkter. Detta okument har utarbetaes av Henrik Möller, Tyréns och Aners Ryner, GeoMin. Helsingborg 2011-05-06 Henrik Möller Aners Ryner Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur i
ii IEG Rapport 11:2010
Sammanfattning Detta tillämpningsokument beskriver hur imensionering av en stömur kan utföras enligt SS-EN 1997-1, Kapitel 9 me hjälp av tillämpningsokumenten Plattgrunläggning och Stökonstruktioner. Huvuelen av e grunläggane reglerna för projektering återfinns i Tillämpningsokument Gruner. Enast va som är speciellt för stömurar hanteras här. För att illustrera imensioneringsmetoernas använning visas i Bilaga A beräkningsexempel för en stömur grunlag på friktionsjor. Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur iii
iv IEG Rapport 11:2010
Summary This Application ocument escribes how esign of gravity walls can be mae accoring to SS-EN 1997-1, Section 9 with Application ocument Plattgrunläggning an Stökonstruktioner. The main parts of the funamental rules for esign can be foun in the Application ocument calle Gruner. Only rules especially relate to gravity walls are treate in this ocument. In orer to illustrate the use of the esign methos a calculation example for a gravity wall founate on san is presente in Annex A. Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur v
vi IEG Rapport 11:2010
Innehåll FÖRORD... I SAMMANFATTNING... III SUMMARY... V 1 INLEDNING... 1 2 BETECKNINGAR OCH DEFINITIONER... 1 3 UNDERLAG FÖR PROJEKTERING... 2 3.1 Inlening... 2 3.2 Geoteknisk kategori... 2 3.3 Säkerhetsklass... 2 3.4 Övrigt... 2 4 PROJEKTERING... 3 4.1 Allmänt avseene projektering... 3 4.2 Beräkningsförutsättningar... 3 4.3 Beräkning av laster och lasteffekter... 4 4.4 Dimensionering i brottgräns... 5 4.5 Dimensionering i bruksgräns... 5 5 MATERIALKRAV OCH UTFÖRANDE... 6 6 UPPFÖLJNING, KONTROLL OCH DOKUMENTATION... 6 7 REFERENSER... 7 BILAGA... 9 BILAGA A BERÄKNINGSEXEMPEL STÖDMUR, FRIKTIONSJORD... 11 Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur vii
1 Inlening Syftet me etta tillämpningsokument/beräkningsexempel är att ge geotekniker och konstruktörer väglening för att imensionera stömurar enligt SS-EN 1997-1, kapitel 9 me stö av tiigare upprättae tillämpningsokument Plattgrunläggning och Stökonstruktioner. De horisontella jortrycken mot stömuren beräknas enligt TD Stökonstruktioner [26]. Framtagning av e imensionerane parametrarna för essa jortryck hanteras också enligt TD Stökonstruktioner. Därefter utförs imensionering av stömur enligt TD Plattgrunläggning [25]. Det vanligaste sättet att imensionera stömurar är imensionering genom beräkning. I Figur 1.1 reovisas en översiktlig beräkningsgång me referenser till aktuella kapitel i tillämpningsokument Plattgrunläggning som behanlar respektive beräkningssteg. Figur 1.1 Översiktlig beräkningsgång för stömur enligt TD Plattgrunläggning 2 Beteckningar och efinitioner Hänvisning görs till TD Plattgrunläggning [25] och TD Stökonstruktioner [26]. I en fortsatta texten, å flera hänvisningar görs förkortas TD Plattgrunläggning TDp och TD Stökonstruktioner me TDs. Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur 1
3 Unerlag för projektering 3.1 Inlening I EN 1997-1, kapitel 9 beskrivs att stömurar till stor el imensioneras på samma sätt som för en plattgrunläggning i EN 1997-1, kapitel 6. Speciell hänsyn ska ock tas till grunbrott uner bottenplattan som är kopplae till excentriska och/eller lutane laster. I TD Gruner reovisas hur geokonstruktionens imensionerane väre för en given materialparameter i joren härles från uppmätta vären. Vi enna härlening beaktas osäkerheter relaterae till geokonstruktionen och till jorens egenskaper. För framtagning av imensionerane väre för beräkning av horisontella jortryck hänvisas till TD Stökonstruktioner (TDs). I övrigt hänvisas till TD Plattgrunläggning (TDp). Observera att omräkningsfaktorn,, beskrivs på olika sätt i e båa Tillämpningsokumenten. 3.2 Geoteknisk kategori För beskrivning och val av geoteknisk kategori se kapitel 5.2 i TD Gruner [22] och e båa TDp och TDs. Prefabricerae stömurselement utan trafiklaster me en höj på som högst 2 m grunlaga på icke sättningskänsliga jorar kan antas ingå i GK1. 3.3 Säkerhetsklass Val av säkerhetsklass skall göras enligt Boverket, BFS 2008:8, samt Vägverket VVFS 2004:43. Partialkoefficienten för säkerhetsklassen antar följane vären: Säkerhetsklass 1 =0,83 Säkerhetsklass 2 =0,91 Säkerhetsklass 3 =1,00 Det bör noteras att jämfört me tiigare så är effekten av säkerhetsklass flytta från materialsian till lastsian. TDs bör följas va gäller SK3 för väg- och spårtrafik intill stömuren. TDp bör följas va gäller SK3 avseene stömur är stora eformationer kan meföra kollaps av ovanförliggane konstruktion, eller en stömur grunlag vi schakt eller slänt är skre, ras eller skjuveformationer kan meföra kollaps i överliggane konstruktion. 3.4 Övrigt Utöver et unerlag som erhålls från fält- och laboratorieunersökningar bör kunskap finnas om markytans lutning, vegetation, vattennivåer, närliggane byggnaers grunläggning, förekomst av leningar, räneringar samt trummor och eventuell pågåene erosion samt kunskap om områets geologiska historia, exempelvis tiigare skre. Ovanståene information ska finnas okumentera i MUR (Markteknisk unersöknings rapport) se TD Dokumenthantering [23]. Om unerlag inte finns bör en känslighetsanalys utföras. 2 IEG Rapport 11:2010
4 Projektering 4.1 Allmänt avseene projektering Dimensionering av stömurar i brott- och bruksgränstillstån skall utföras i enlighet me kapitel 9 i SS-EN 1997-1, samt tillämpliga elar av kapitel 1, 4 och 6 i SS-EN 1997-1. I GK1 använs framförallt hävvunna metoer. GK2 baseras framförallt på beräkningar enligt partialkoefficientmetoen och GK3 kan kompletteras me justeringar/uppföljningar när et gäller kontroll och övervakning. Dimensioneringssätt DA3 ska använas för stömurar, vi imensionering genom beräkning. DA3 finns beskrivet i SS-EN 1997-1. Enligt SS-EN 1997-1, kapitel 6.2 skall följane beaktas och reovisas vi imensionering av en stömur: Totalstabilitet Bärighet (Grun- och bärighetsbrott, stansbrott och utpressning) Glibrott Stjälpning Konstruktionsskaor till följ av rörelser i marken Sättningar Hävning pga svällning, tjäle eller anra orsaker Vibrationer Detta innebär att följane gränstillstån enligt Euroko kan bli aktuella att verifiera för en stömur STR/GEO (Totalstabilitet, Vertikal bärförmåga, Glibrott) EQU (Stjälpning) UPL (Upplyftning, hyraulisk bottenupptryckning) HYD (Schaktbottnens stabilitet, hyraulisk graient (piping)) Förutom imensionering i brott- och bruksgränstillstån ska följane förhållanen beaktas vi utformning av en stömur: Hänsyn till närliggane bebyggelse eller närhet till fastighetsgräns Framtia nivå på omgivane markyta, permanent eller tillfällig Risken för tjälning och upptining av e bärane jorlagren uner grunplattorna Risken för erosion i strömmane vatten Risken för inträngane grunvatten eller sänkning av grunvattenytan Risken för bottenupptryckning eller uppluckring vi schakt Risken för att förkonsolieringstrycket i joren överskris me ökae sättningar som följ Risken för skaliga sättningar vi ytlig grunläggning till följ av befintlig eller kommane vegetation 4.2 Beräkningsförutsättningar Enligt SS-EN 1997-1, kapitel 6.3 (1) skall imensioneringsfall väljas så att båe korttis- och långtis fall stueras. Följane information avseene beräkningsförutsättningarna ska finnas i e fall e är relevanta (komplett lista se SS-EN 1997-1, kapitel 2.2) Laster, lastkombinationer, lastfall Markens allmänna lämplighet för byggnation me avseene på totalstabilitet och markrörelser Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur 3
Läge och klassificering av olika jorlager, berg samt konstruktionselement som ingår i moellen. Om plattan vilar på berg är et även viktigt att karakterisera berget bl.a. avseene sprickighet, bergkvalitet och sprickplan Inverkan av omgivningen omfattane bl.a. tjäle, variationer i grunvattennivåer (översvämningar, avvattning), erosion, schaktning som änrar markytans geometri, trummor, leningar, Inverkan av befintliga eller planerae närliggane konstruktioner Byggnasverkets känslighet för eformationer Beräkningsförutsättningarna reovisas tillsammans me övrig relevant information i Projekterings PM (Se TD Dokumenthantering) [23]. 4.3 Beräkning av laster och lasteffekter Beräkning av laster och lasteffekter utförs enligt TD Gruner [22]. De möjliga laster som finns listae i SS-EN 1997-1, kapitel 2.4.2 (4) ska beaktas om e är relevanta för en aktuella konstruktionen. Dessa möjliga laster inkluerar bl.a. överlast, egentyng, jortryck, fritt vatten, tjäle, trafiklaster, last från byggna. Me konstruktionslast avses i samban me plattgrunläggning av en stömur permanenta och variabla laster, som påförs muren från överliggane konstruktion samt last av funament. Konstruktionslaster i gränstillstån STR/GEO beräknas enligt SS-EN 1990 uppsättning B, ekvation 6.10a alternativt 6.10b. Me geoteknisk last avses t ex. grunvattentryck, tyng av jor över bottenplattan samt vilo, passiva och aktiva jortryck, som utvecklas mot stömuren. Den generella efinitionen av geoteknisk last är att et är last eller lasteffekt som överförs till konstruktionen via jor, fyllning, fritt vatten eller grunvatten se EN 1997-1 kapitel 1.5.2.1 eller EN 1990 kapitel 1.5.3.7. Geoteknisk last i gränstillstån STR/GEO beräknas enligt SS-EN 1990 uppsättning C, ekvation 6.10. Notera att laster beräknas på olika sätt beroene på aktuellt gränstillstån. Nean reovisas ekvationerna för STR/GEO som är et vanligaste gränstillstånet för stömurar. I brottgränstillstån gäller Konstruktionslaster 1 för gränstillstån STR/GEO, ogynnsamma laster: 1,35G 1,5 Q 1, Q (6.10a i SS-EN 1990) E kj, sup 0,1 k,1 5 0, i k, i E 0,891,35Gkj, sup 1,5 Qk,1 1, 5 0, i Qk, i (6.10b i SS-EN 1990) Konstruktionslaster för gränstillstån STR/GEO, gynnsamma laster E,00G 1 kj,inf Geotekniska laster för gränstillstån STR/GEO, ogynnsamma laster: 1,10G 1,4 Q 1, Q (6.10 i SS-EN 1990) E kj, sup k,1 4 0, i k, i Geotekniska laster för gränstillstån STR/GEO, gynnsamma laster E,00G 1 kj,inf 1 Me konstruktionslast avses last som överförs irekt från konstruktionsel till geokonstruktion 4 IEG Rapport 11:2010
är E G kj,sup G kj,inf Q k,1 Q k,i 0,1, 2,1 0,i, 2,i imensionerane lasteffekt partialkoefficient för säkerhetsklass övre karakteristiskt väre för permanent last ( sup =superior) unre karakteristiskt väre för permanent last ( inf =inferior) karakteristiskt väre för variabel huvulast karakteristiskt väre för samverkane variabel last i varaktighetskoefficienter för variabel huvulast varaktighetskoefficienter för samverkane variabel last i I bruksgränstillstån beräknas imensionerane lasteffekt enligt följane ekvationer för STR/GEO: Konstruktionslaster och geotekniska laster, ogynnsamma laster: G Q Q E kj,sup 2,1 k,1 2, i k, i Konstruktionslaster och geotekniska laster, gynnsamma laster E G kj,inf För EQU skall ekvation 6.10 uppsättning A enligt SS-EN 1990 tillämpas. Partialkoefficienter enligt tabell A1 (bilaga A, SS-EN 1997-1) skall tillämpas för lasterna. Vi beräkning av lasteffekt t.ex. jortryck skall partialkoefficienter enligt tabell A2 (bilaga A, SS-EN 1997-1) tillämpas på materialparametrarna. 4.4 Dimensionering i brottgräns Relevanta gränstillstån ska kontrolleras. För stömurar och gravitationsmurar ges exempel på gränstillstån i EN 1997-1, kapitel 9.7.3. Dimensionering av stömurar kan enligt EN 1997-1, kapitel 2.1(4) utföras genom beräkning, enligt hävvunna metoer, efter moellförsök och provbelastningar eller me observationsmetoen. I övrigt hänvisas till TDp me följane tillägg: Rörelser i stömuren för att erhålla fullt passivt jortryck är mycket större än motsvarane rörelser för utbilanet av aktivt jortryck. För beräkningar i brottgräns föreslås änå att aktivt jortryck meräknas på en pårivane sian och passivjortryck på en mothållane sian. Om jorarna äremot beöms som spröa kan finnas anlening att använa enast vilojortryck på en mothållane sian. Hänsyn ska tas till att joren framför stömuren kan avlägsnas till följ av mänsklig aktivitet eller erosion. Hänsyn ska tas till förhöja jortryck mot stömuren på grun av packningseffekter (packningsinucerae jortryck). Vi imensionering me hävvunna metoer enligt TDp måste kontroll också utföras av risk för stjälpning och glining. I EN 1997-1, Bilaga C beskrivs hur jortryck beräknas me avseene på råhet mellan jor och stömur samt vi lutane markytor ovanför stömuren. I Bilagan ges också beömningar av storleken på rörelser som erforras för att aktiva och passiva jortryck ska kunna utbilas. 4.5 Dimensionering i bruksgräns Vi imensionering i bruksgräns ska hänsyn tas till rörelser orsakae av laster som finns listae i SS-EN 1997-1, kapitel 2.4.2 (4). Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur 5
När man bestämmer storleken på sättningar och anra rörelser hos stömuren, ska man jämföra resultaten me jämförbar erfarenhet 2. Om et inte kan påvisas att sättningarna/rörelserna för en aktuella stömuren är små i förhållane till va som kan accepteras, ska rörelsernas storlek bestämmas genom beräkning. I övrigt hänvisas till TDp me följane tillägg: För beräkningar i bruksgräns föreslås att vilojortryck meräknas på båe en pårivane och mothållane sian. Enligt TDs ska imensionerane jorparametrar använas som beräknats me = 1,0 och M = 1,0, vi imensionering me vilojortryck. Aktiva jortryck kan också använas i bruksgränsberäkningar, som ett mevetet val, å rörelser kommer att uppstå. Hänsyn ska tas till att joren framför stömuren kan avlägsnas till följ av mänsklig aktivitet eller erosion. Vi imensionering me hävvunna metoer enligt TDp måste kontroll också utföras av risk för stjälpning och glining. Vi imensionering i bruksgränstillstån ska M sättas till 1,0. En moellfaktor för osäkerheten i beräkningsmoellen R = 1,3 bör använas. Storleksorningen på vertikala rörelser (sättningar) för en stömur kan uppskattas enligt TDp. Generellt är et ock viktigare och svårare att beräkna e horisontella rörelserna. Baserat på e vertikala rörelserna och beöm excentricitet på lasterna kan t.ex. en beöm vinkelänring för bottenplattan överföras till en horisontell rörelse för stömuren. Noggrannare analyser kan bara göras me FE-analyser kopplat till noggranna unersökningar. 5 Materialkrav och utförane Se TDp. 6 Uppföljning, kontroll och okumentation Se TDp och TDs. 2 Jämförbar erfarenhet efinieras i SS-EN 1997-1 såsom okumentera eller annan väletablera information relatera till marken som beaktats vi imensioneringen, innefattane samma typer av jor och berg me förväntat liknane geotekniska egenskaper, samt liknane byggnasverk. Lokalt samla information från byggplatsen anses särskilt relevant. 6 IEG Rapport 11:2010
7 Referenser [1] Bergahl, U., Ottosson, E., Malmborg, B.S. Plattgrunläggning, Svensk Byggtjänst, Stockholm, 1993. [2] Boverket, BKR 1999, Konstruktionsregler, BFS 1993:58 me änringar t o m BFS 1998:39, Karlskrona. [3] Boverket. Nybyggnasregler, NR1, BFS 1988:18 (1988) Stockholm [4] Larsson, R., Sällfors, G., Bengtsson, P-E., Alén, C., Bergahl, U., Eriksson, L., (2007), Utvärering av skjuvhållfasthet i kohesionsjor, Statens geotekniska institut, Information 3. [5] Vägverket Publ. 1994:15, Allmän teknisk beskrivning. Jors hållfasthets- och eformationsegenskaper, 1994. [6] Wennerstran, J. Geokonstruktioner. En hanbok i anslutning till Boverkets konstruktionsregler. Byggväglening 3, Svensk Byggtjänst, 1996. [7] Larsson, R., Sällfors, G., (1988). Nyare in situ-metoer för beömning av lagerfölj och egenskaper i jor. Statens geotekniska institut, Information 5, Linköping [8] Janbu, N., Bjerrum, L., Kjaernsli, B., T (1973), Vejlening ve lösning av funamenteringsoppgaver. NGI Publikation nr 16. [9] Vägverket Publikation 1989:7, Geotekniska unersökningar för vägbroar. [10] Svensk Byggtjänst. AMA Anläggning 07: allmän material- och arbetsbeskrivning för anläggningsarbeten, Stockholm 2008. [11] Svensk Byggtjänst. Kontroll av markarbeten. Rå och anvisningar (1988). [12] SS-EN 1997-1 Euroko 7: Dimensionering av geokonstruktioner Del 1: Allmänna regler [13] SS-EN 1997:2 Euroko 7: Dimensionering av geokonstruktioner Del 2: Markunersökning och provning [14] Svensk Stanar, SS-ISO 4463 (1983) Bergmätning, utsättning och inmätning Tillåtna mätningsavvikelser, Stockholm. [15] VVFS 2004:43 Vägverkets föreskrifter om änring i föreskrifterna om tillämpningen av europeiska beräkningsstanarer. [16] BFS 2008:8 Boverkets föreskrifter om änring i föreskrifterna om tillämpningen av europeiska beräkningsstanarer. [17] Lee, I.K., White, W., Ingels, O. (1983). Geotechnical Engineering, Pitman, Toronto. [18] Boverket (1989) Värmeisolering. Värmegenomgångskoefficienter för byggnaselar och kölbryggor, tjälfri nivå. Rapport. Allmänna förlaget, Stockholm [19] Bergahl. U. (1984). Geotekniska unersökningar i fält. Statens geotekniska institut, Information 2, Linköping. [20] Svensk Stanar, SIS 027110. Geotekniska Provningsmetoer. Packningsegenskaper. Fältbestämning av ensitet (1975). [21] IEG EN 1997-1, kapitel 6, plattgrunläggning, fas 2, Rapport 8:2006 [22] IEG Tillämpningsokument Gruner, IEG Rapport 2:2008 [23] IEG Tillämpningsokument Dokumenthantering, IEG Rapport 4:2008 [24] TKGeo, Trafikverket, Tekniska krav Geoteknik, VVTK, VV publ: 2009:46 [25] IEG Tillämpningsokument Plattgrunläggning, IEG Rapport 7:2008 [26] IEG Tillämpningsokument Stökonstruktioner, IEG Rapport 2:2009 Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur 7
Bilaga I bilaga A återfinns beräkningsexempel för stömur på friktionsjor. Exemplet är ett förslag till hur en föreslagna beräkningsgången i etta tillämpningsokument kan tillämpas för imensionering av en stömur på friktionsjor. Geotekniska förutsättningar är baserae på MUR (Markteknisk unersökningsrapport) från ett verkligt projekt. Inom ramen för IEG:s arbete har tre stycken exempel på MUR tagits fram (lös kohesionsjor, fast kohesionsjor samt friktionsjor). Syftet har varit att realistiska geotekniska förhållanen skall ligga till grun för e beräkningsexempel som tas fram inom IEG. Genom att utgå från MUR från verkliga projekt, så ställs man även inför samma frågeställningar som kommer att uppstå när imensionering skall utföras enligt Euroko. Utrag ur e tre marktekniska unersökningsrapporterna finns för nelaning på IEG:s plattform, www.ieg.nu (logga in som melem). Samma geotekniska förutsättningar har använts vi framtagane av beräkningsexempel för slänter och bankar, pålar, stökonstruktioner och plattor, vilket gör et möjlighet att jämföra skillnaerna mellan e olika konstruktionerna. Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur 9
Bilaga A Beräkningsexempel Stömur, Friktionsjor A.1 Geotekniskt unerlag Geotekniskt unerlag för beräkningarna finns reovisae i följane rapport: MUR Markteknisk unersökningsrapport -Unerlag till beräkningsexempel för tillämpningsokument friktionsjor. Datum: 2008-01-29. A.2 Beräkningsförutsättningar A.2.1 Val av säkerhetsklass Beräkningar i föreliggane exempel har utförts enligt säkerhetsklass 2 (SK 2). = 0,91. För beräkningar i säkerhetsklass 1 och 3 (SK 1 och SK 3) ) ( = 0,83 och 1,0) reovisas enbart resultat. A.2.2 Partialkoefficienter Brottgränstillstån STR/GEO. Partialkoefficienter hämtae från VVFS bilaga 5, uppsättning M2. Friktionsvinkel och effektiv kohesion ( M = 1,3), oränera skjuvhållfasthet ( M = 1,5), tunghet ( = 1,0) A.2.3 Val av geoteknisk kategori Geoteknisk kategori 2 val enligt TD Gruner. Unersökningar är utföra i en omfattning som motsvarar GK2. Jorens egenskaper har bestämts me metoer enligt SS-EN 1997-2, höjen överstiger 2 m och imensionerane last överstiger 250 kn. A.2.4 Laster och lasteffekter Laster och imensioner är bestäma utifrån givna beräkningsförutsättningar och sammanfattas i Figur A. 1. Stömurens har initialt antagits ha en bre på 2,5 m (B), en läng på 10,0 m (L) och en höj på 4,0 m (h). Tjocklekar har antagits till b=0,3 m och =0,4 m. Lastkombination 1 enligt tabell 7.1, har antagits som ogynnsammast, vilket givetvis måste kontrolleras. Observera att i etta fall antas att V och H som kommer av trafiklasten uppkommer beroene av varanra,.v.s. et görs ingen lastkombination mellan V gyn och H ogyn. Tabell 7.1 Lastkombinationer Lastkombination 1 2 Vertikallast V ogyn V gyn Horisontallast H ogyn H gyn Moment av horisontallast M ogyn M gyn Även e vertikala lasterna ger upphov till moment å e är excentriska. I etta beräkningsexempel har ock ingen hänsyn tagits till etta. Moment skulle motverka momenten av horisontallasten, varför förenkling ligger på säkra sian. Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur 11
Figur A. 1 Geometri och laster för stömur grunlag på friktionsjor Vertikala laster G v btg, stömurens egenvikt är en konstruktionslast och beräknas enligt ekvation 6.10 a i SS- EN 1990 (eftersom anelen variabel last är liten). Trafiklast, horisontella jortryck och tyngen av återfyll jor ovanför funamentet är geotekniska laster och beräknas enligt ekvation 6.10 i SS-EN 1990. Trafiklasten q v antas ha varaktighetskoefficienter 0 = 0,7 1 = 0,5 2 = 0,3 enligt SS-EN 1991-1-1. Funamentets vikt G g B ( h ) b L btg btg 2,5 0,40 (4,0 0,4) 0,3010 449, kn G btg 10,0 2,40 2 Jorens vikt på funament. Det har förutsatts återfyllning me san. Val = 1,8 t/m3. G g ( B 0,5 b h D 0,5)) jor L (2,5 0,5 0,3 4 0,4 (0,8 0,4) 0,5) 10 1137, kn G jor 10,0 1,80 6 Trafiklast q=15 kpa. qb 0, 5b L Q v 2,5 0,5 0,310 kn Q v 15 255 Horisontella laster Beräkning av horisontella geoteknisk last utföres enligt TD Stökonstruktioner. Trafiklasten q v, trafik =15 kpa beräknas enligt: olika resultat beroene på säkerhetsklass. Q 1,4 qv, trafik (ogynnsamma laster) me SK 1 SK 2 SK 3 Trafiklast (kpa), q 17 19 21
Jormaterialet mot stömuren är en fyllning av friktionsjor som et förutsätts är komprimera och kontrollera. Enligt TKGeo väljs ett härlett väre på friktionsvinkeln till 37 o och en tunghet enligt tiigare på 18 kn/m 3. Egenvikt/tunghet = 1,0 Dränera skjuvhållfasthet, = 1,10 Delfaktorn 1 2 3 4 = 1,05 Delfaktorn 5 6 = 1,05 Delfaktorn 7 8 = 1,0 1 X X M Tunghet samma som härlea vären. 1 Friktionsvinkel, 32,5 (tan( ) 1,10 tan(37 )) 1,3 De olika jortryckskoefficienten beräknas till: K a = tan 2 (45 o -/2) = tan 2 (45 o -32,5 o /2) = 0,3 K p = tan 2 (45 o +/2) = tan 2 (45 o +32,5 o /2) = 3,3 K o = 1-sin () = 1-sin(37 o ) =0,40 (gäller bruksgräns, m och = 1,0) I brottgräns beräknas jortrycken som aktiva på pårivane sia och som passiva på mothållane sia enligt en klassiska jortrycksteorin, G hz = K x *(Q v +z* ). Packningsinucerae jortryck kan beräknas enligt Plattgrunläggningshanboken [1] tabell 2.1. I aktuellt exempel har ansatts en spänning på Q p =12 kpa som angriper på 0,3 m jup uner överkant stömur (100 kg:s vibratorplatta). Spänningen verkar tills e klassiska jortrycken överstiger 12 kpa. När sean jortrycken är framräknae justeras lasteffekten, vilket innebär att intensiteten så länge essa är pårivane multipliceras me 1,1 i SK3 och me 0,91 i SK1. De olika jortrycken för olika säkerhetsklasser visas nean. Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur 13
Figur A. 2 Jortryck för olika säkerhetsklasser i brottgräns, samt bruksgräns (vilo) Brottgränstillstån Vi imensionering i STR/GEO beräknas laster enligt nean för konstruktionslaster: 1,35G 1,5 Q 1, Q (ogynnsamma laster) E kj, sup 0,1 k,1 5 0, i k, i E 1,00 Gkj,inf (gynnsamma laster) Beräkning konstruktionslast, me insättning av vären ovan : 0,911,35 499,2 613, kn (ogynnsamma laster) V, k 3 V, k 1,00 499,2 499, 2kN (gynnsamma laster) Vi imensionering i STR/GEO beräknas laster enligt nean för geotekniska laster: E 1,10 Gkj, sup 1,4 Qk,1 1, 4 0, i Qk, i (ogynnsamma laster) E 1,00 Gkj,inf (gynnsamma laster) Beräkning av vertikal geoteknisk last, me insättning av vären ovan: 0,911,1 1137,6 0,911,4 255 1463, kn (ogynnsamma laster) V, g 6
V, g 1,0 1137,6 1137, 6 kn (gynnsamma laster) Hänsyn till en lutane markytan tas vi beräkning av effektivt överlagringsspänning, samt i föreskriven korrektionsfaktor. Total imensionerane vertikallast: V 613,3 1463,6 2076, 9kN (ogynnsamma laster) V 499,2 1137,6 1636, 8kN (gynnsamma laster) Beräkningar av e horisontella lasterna i lastkombination 1 Qh 1 Q K A L h 19 0,3 10 4 228kN Gh 1 h K A L h / 2 4 180,310 4 / 2 432kN Gh2 resterane _ last _ å _ QP ( Qh 1 Gh 1) 28kN Gh3 D K p L D / 2 0,8 183,3 10 0,8/ 2 190kN Gh Qh 1 Gh 1 Gh2 Gh3 228 432 28190 498kN Figur A. 3 Horisontella jortryck för säkerhetsklass 2 Motsvarane laster exkl. trafik och packning för lastkombination 2 Q h 0kN 1 0, Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur 15
Gh 1 h K A L h / 2 4180,310 4 / 2 432kN G h 2 0, 0kN Gh3 D K 0 L D / 2 0,8 183,3 10 0,8/ 2 190kN Gh Qh 1 Gh 1 Gh2 Gh3 432190 242kN De horisontella lasterna ger även upphov till ett moment som ska beaktas vi imensioneringen. Hävarm för respektive horisontell last: x Qh h / 2 4 / 2 2m 1 x Gh h/3 4/3 1, 33m 1 x Gh 2 h 0,3 4 0,3 3,7m( ca) x Gh D /3 0,8/3 0, 27m M 3 h Q x G x G x G x h1 Qh1 h1 Gh1 h2 Gh2 h3 Gh3 M h 2282 4321,33 283,7 1900,27 1082, 9kNm (ogynnsamma laster) M h 4321,331900,27 523, 3kNm (gynnsamma laster) Figur A. 4 Lastsammanställning Bruksgränstillstån Vi imensionering i STR/GEO beräknas laster enligt nean för konstruktionslaster och geotekniska laster: G Q Q (ogynnsamma laster) E kj,sup 2,1 k,1 2, i k, i E 1,00 Gkj,inf (gynnsamma laster) Total imensionerane vertikallast: 499,2 1137,6 0,3 255 1713, kn (ogynnsamma laster) V, k 3 V, k 1,00 (499,2 1137,6) 1636, 8kN (gynnsamma laster)
Trafiklasten Q v, trafik =15 kpa beräknas enligt: Bruksgräns Trafiklast (kpa), Q 4,5 Q 2 q v, trafik För motsvarane beräkningar för horisontallast antas vilojortryck. Qh 1 Q K O L h 4,5 0,4 10 4 72kN Gh 1 h K O L h / 2 4 18 0,4 10 4 / 2 576kN Gh2 resterane _ last _ å _ QP ( Qh 1 Gh 1) 59kN Gh3 D K O L D / 2 0,8 180,4 10 0,8/ 2 23kN Gh Qh 1 Gh 1 Gh2 Gh3 72 576 59 23 684kN (ogynnsamma laster) Gh Gh 1 Gh3 576 23 553kN (gynnsamma laster) Figur A. 5 Horisontella jortryck i bruksgräns Den horisontella lasten ger även upphov till ett moment som ska beaktas vi imensioneringen. M H 722 5761,33 593,7 230,27 1122, 2kNm (ogynnsamma laster) Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur 17
M H 5761,33 230,27 759, 9kNm (gynnsamma laster) A.2.5 Dimensionerane joregenskaper Härlea vären Unerlag till beräkningsexempel se MUR friktionsjor. Härlett väre för jorens ensitet ca 2 plattbreer uner grunläggningsnivå, 1,75 t/m 3, me motsvarane tunghet k =17,5 kn/m 3. För fortsatta beräkningar antas en vattenmättae tungheten m till 20,5 kn/m3. 2* plattbre, ca 5 m uner grunläggningsnivån Härlea vären för jorens hållfasthetsegenskaper i form av friktionsvinkel ca 2 plattbreer uner grunläggningsnivån, k = 37 o.
2* plattbre, ca 5 m uner grunläggningsnivån Härlea vären för jorens eformationsegenskaper i form av elasticitetsmoul från grunläggningsnivån till 4 m.u.my, E k = 10 000 kpa. Från 4 m.u.my och jupare enligt sambanet E k = 10 000+z*1500 kpa Omräkningsfaktorn = 1 2 3 4 5 6 7 8 Egenvikt/tunghet = 1,0 Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur 19
Dränera skjuvhållfasthet, = 1,05 me elfaktorer: Delfaktorn 1 2 3 4 = 1,0 Delfaktorn 5 6 = 0,95 Delfaktorn 7 8 = 1,1 Dimensionerane vären 1 X X M Tunghet samma som härlea vären. 1 (tan( ) 1,05 tan(37)) Friktionsvinkel, 31 1,3 Sättningsmoul samma som härlea vären, E = 10 000 kpa. Från 4 m.u.my och jupare enligt sambanet E = 10 000+z*1500 kpa. Observera R som använs vi sättningsberäkning. Moellosäkerheter Beräkning av vertikal bärförmåga, friktionsjor, R = 1,0. Bruksgräns, beräkning R = 1,3.
A.3 Beräkningar i brottgräns A.3.1 Lastkombinationer Brottgräns, lastkombination 1. V 2076, 9kN (ogynnsamma laster) H 498kN (ogynnsamma laster) M H 1082, 9kNm (ogynnsamma laster) Bruksgräns V 1713, 3kN H 684kN (ogynnsamma laster) (ogynnsamma laster) M H 1122, 2kNm(ogynnsamma laster) A.3.2 Brottgräns Beräkningar utförs enligt allmänna bärighetsekvationen som reovisas i sin helhet som bilaga C i TDp. q b = c N c ξ c + q N q ξ q + 0,5 γ b ef N γ ξ γ I friktionsjor kan antas c = 0 vilket ger q b = q N q ξ q + 0,5 γ b ef N γ ξ γ Bärighetsfaktorer enligt bilaga C i TDp. N c N q N γ 31 33 21 17 e b = M/V= 1082,9/2076,9= 0,52 b ef = b 2 * e b = 2,5-2*0,52= 1,46 m l ef = l 2* e L = 10-2*0= 10,0 m A ef = b ef l ef = 1,46*10,0 = 14,6 m 2 Inom en effektiva funamentarean, A ef = b ef l ef, antas gruntrycket jämnt förelat. Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur 21
Bestämning av en lägsta effektiva vertikalspänningen q på grunläggningsnivån Grunvattennivån befinner sig uner grunläggningsnivå. min ansätts till 0,8 m p.g.a. en lutane markytan. q = γ* min = 17,5*0,8 = 14 kpa Val av ensitet för jormaterial uner grunläggningsnivån När grunvattenytan återfinns inom jupet b ef uner grunläggningsnivån skall som tunghet väljas ett viktat meelväre av tungheten och effektiva tungheten γ enligt följane samban, 2 = 0, vilket ger eq = = m - w = 20.5-10= 10,5 kn/m 3. eq b bef 2 ' 2 ef b ef är eq ekvivalent tunghet 2 avstånet från grunläggningsnivån till grunvattennivån, 0 < 2 < bef b ef effektiv plattbre (se ekvation 4.13) Inverkan av hållfasthet hos joren över grunläggningsnivån D ansätts som min = 0,80 m c = 1 + 0.35 bef ; =1+0,35*0,8/1,46= 1,19, c 1,7 ok q = 1 + 0,35 bef ; = 1,19, q 1,7 γ = 1 Inverkan av funamentform N qbef 21*1,46 s c = 1 + = 1+ = 1,09 N l 33*10,0 c ef s q = 1 + (tan φ) s γ = 1 0,4 b l ef ef b l ef ef =1 0,4 = 1 + (tan (31 o )) 1,46 10,0 = 0,94 1,46 = 1,09 10,0 Inverkan av lutane last H = 2077 kn horisontell lastkomposant V = 498 kn vertikal lastkomposant c = 0 kpa = 31 o 2lef bef m = m b = när en horisontella lastkomposanten verkar i breriktningen l b ef ef 2*10,0 1,46 m b = 10,0 1, 46 = 1,87
1 iq i c = i q - = 0,6 - N c tan H i q = (1 - V bef lef ccot H i γ = (1 - V bef lef ccot 1 0,6 33 tan(31 o ) = 0,58 498 ) m = (1 - ) 1,87 = 0,60 2077 498 ) m+1 = (1 - ) 1,87+1 = 0,45 2077 Inverkan av lutane intilliggane markyta = 10 o. I neanståene samban ska utryckas i raianer, 10 * /180 0,174raianer 20,174tan(31) g c = e, = 0,81 g q = 1 - sin 2*0,174= 0,66 g γ = 1 - sin 2*0,174= 0,66 Inverkan av lutane basyta Horisontell basyta. = 0, vilket ger b c = b q = b = 1,0. Beräkning brottgräns q b = q N q ξ q + 0,5 γ b ef N γ ξ γ q b = 14*21*1,19*1,09*0,6*0,66*1,0 + 0,5*10,5*1,46*17*1,0*0,94*0,45*0,66*1,0 = q b = 151 + 36 = 187 kpa, A ef = 14,6 m2, R v = 2730 kn En förutsättning som brukar tillämpas är att lasteffekten i bruksgränstillstån får vara maximalt 2/3 av bärförmågan i brottgränstillstån, om inte utreningar ska utföras för eventuella krypeformationer. 1713 kn < 2*2730/3 = 1820 kn, ok. E<R Motsvarane beräkningar för lastkombination 2 gav plattimensioner som var minre. Lastkombination 1 var alltså imensionerane. Som nämns inleningsvis gäller etta om V och H är beroene. Beräkningar i SK1 och SK3 för beräkna platta me siomåttet 2,5 m gav följane imensionerane bärförmågor: Säkerhetsklass Rv 2*Rv/3 SK1 2922 1948 SK2 2730 1820 SK3 2557** 1705** ** Observera att B måste öka till 2,6 m i SK3 A.3.3 Dimensionering me hänsyn till glining I normalfallet tas e horisontella krafterna upp genom friktion mot plattans uneryta. I vissa fall kan även jortryck mot grunplattans sior tillgooräknas. När et gäller hantering av jortryck måste hänsyn tas till en förväntae livslängen avseene t.ex. urschaktning eller änrae marknivåer. Vi ränera analys bestäms imensionerane horisontell bärförmåga enligt följane: Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur 23
R H = V *tan( ). ska reuceras me 2/3 om plattan är prefabricera. Beräkningar utförs me lägsta lasten (gynnsam), V = 1637 kn. R H = 1637*tan(31 o ) = 984 kn > H = 498 kn, ok, och i fallet prefabricera platta R H = 1637*tan(2*31 o /3) = 617 kn > H = 498 kn, ok. A.3.4 Dimensionering me hänsyn till stjälpning Normalt kan et antas att risken för stjälpning är begränsa om minst ett av följane villkor är uppfylla: Lastresultatens excentricitet unerstiger 1/3 av plattbreen. e= 0,52 < 2,5/3= 0,83 m, ok. Jorens egenskaper är såana att en vertikala bärförmågan är styrane. ok.
A.4 Beräkningar i bruksgräns Lastkombinationen i bruksgräns ger större horisontella laster och minre vertikala jämfört me brottgränstillstån å vilojortryck tillämpats i syfte att unvika rörelser. V 1713, 3kN (ogynnsamma laster) H 684kN (ogynnsamma laster) M h 1122, 2kN (ogynnsamma laster) Aktiva jortryck kan också använas i bruksgränsberäkningar, som ett mevetet val, å rörelser kommer att uppstå. I bilaga C i EN 1997-1, tabell C.1 kan horisontella rörelser i stömurens överkant uppskattas till 0,1-0,2 % av stömurshöjen å aktivt jortryck utbilats bakom stömuren. Förutsättning också att återfyllna skett me friktionsjor me hög relativ fasthet. Beräknae rörelser blir å ca 4-8 mm. Storleksorningen på vertikala rörelser (sättningar) för en stömur kan uppskattas enligt TDp. Generellt är et ock viktigare och svårare att beräkna e horisontella rörelserna enligt ovan. Baserat på e vertikala rörelserna och beöm excentricitet på lasterna kan t.ex. en beöm vinkelänring för bottenplattan överföras till en horisontell rörelse för stömuren. Noggrannare analyser kan ock bara göras me FE-analyser kopplat till noggranna unersökningar. Tillämpningsokument/beräkningsexempel Stömur 25
IEG IEG är en ieell förening, uner ingenjörsvetenskapsakaemins, IVA, hägn, som har till uppgift att initiera, samorna och utföra arbete som krävs för implementering av Europastanarer inom Geoteknikområet, vilka inom e närmaste åren enligt EU-irektiv och lagen om offentlig upphanling kommer att ersätta och komplettera stora elar av agens svenska geotekniska regelverk. Syftet är också att säkerställa att et tas fram növäniga hjälpmeel i form av anpassae tillämpningsokument o. yl Utgivna rapporter 1:2005 Eurokoer och Europastanarer. Va kan man skriva i Nationella Tillämpningsregler till olika Geotekniska Stanarer? 1:2006 Sammanställning av stanarer och närliggane okument 2:2006 EN 1997-1, Gruner, Fas 1 3:2006 EN 1997-1 Kapitel 6, Plattgrunläggning, Fas 1 4:2006 EN 1997-1 Kapitel 8 9, Stökonstruktioner, Fas 1 5:2006 Bergtunnel 6:2006 EN 1997-1 Kapitel 7, Pålgrunläggning, Fas 1 7:2006 EN 1997-1, Gruner, Fas 2 8:2006 EN 1997-1 Kapitel 6, Plattgrunläggning, Fas 2 9:2006 Fältmetoer ynamisk sonering, Fas 1 10:2006 EN 1997-1, Geoteknisk ata, Fas 1 11:2006 Stökonstruktioner, Betaberäkningar 1:2007 EN 1997-1, kapitel 10 och 11, Slänter och bankar, Fas 1 2:2007 Geoteknisk kategori 3:2007 Fältmetoer ynamisk sonering, unerlag nationell bilaga 4:2007 EN 1997-1, kapitel 10 och 11, Slänter och bankar, Fas 2 5:2007 Hantering av geoteknisk ata 6:2007 EN 1997-1 Kapitel 7, Pålgrunläggning, Fas 2 7:2007 Konsekvens analys EN 1997-2 1:2008 EN 14688 Klassificering 2:2008 Tillämpningsokument - Gruner EN 1997 3:2008 Bergtunnel, fas 2 4:2008 Tillämpningsokument Dokumenthantering 5:2008 EN 22475-1 Provtagning och grunvattenmättning 6:2008 Tillämpningsokument EN 1997-1 kapitel 10 och 11, Slänter och bankar 7:2008 Tillämpningsokument EN 1997-1 kapitel 6, Plattgrunläggning 8:2008 Tillämpningsokument En 1997-1 kapitel 7, Pålgrunläggning 1:2009 EN 1997-1 Kapitel 8, Stökonstruktioner, Fas 2 2:2009 Tillämpningsokument EN 1997-1 kapitel 8 stökonstruktioner 3:2009 Väglening för tillämpning av Skrekommissonens rapport 3:95 och 2:96 i enlighet me Euroko. Fas 1 Frågeställningar 1:2010 EN 1997-2, Marktekniska unersökningar i fält och laboratorie fas 2 konsekvensanalys 2:2010 Rapportering av geotekniska fältunersökningar (jor) omfattning och fältprotokoll 3:2010 Klassificering (jor) enligt SS-EN ISO 14688-1 och 2. Konsekvenser och förslag till åtgärer 4:2010 Tillstånsbeömning/klassificering av naturliga slänter och slänter me befintlig bebyggelse och anläggningar. Väglening för tillämpning av Skrekommissionens rapporter 3:95 och 2:96 5:2010 Tillämpningsokument Bergtunnel och Bergrum 6:2010 Observationsmetoen i geoteknik fas 1 och fas 2 7:2010 Tillämpningsokument Ankare EN 1997-1 kapitel 8 8:2010 Tillämpningsokument hantering av vatten 9.2010 Tillämpningsokument observationsmetoen inom geotekniken 10:2010 Tillämpningsokument EN 1997-2, Marktekniska unersökningar i fält och laboratorie 11:2010 Tillämpningsokument Stömur 12:2010 Tillämpningsokument SS-EN/ISO 14688-1 Ientifiering och beskrivning 13:2010 Tillämpningsokument SS-EN/ISO 14688-2 - Klassificering