Jordtrykk

Leca® Lettklinker gir store fordeler når man skal løse setningsproblemer. Effektive løsninger med rasjonell og rask produksjon til en lav kostnad. Leca® for geotekniske applikasjoner har en volumvekt i tørr tilstand på kun 15-20% av konvensjonelt friksjonsmateriale. Ved å redusere lasten på underlaget, reduseres også setningene.

VIKTIGE VURDERINGER

 

Ved bruk av Leca® Lettklinker for setningsreduksjon må det tas hensyn til følgende parametere:

• Hvilken last kan underlaget klare uten fare for setninger?
• Hvor stor totalsetning kan aksepteres?
• Hvor stor differansesetning kan aksepteres?
• For hvor lang tid skal setningene beregnes?
• Hvordan varierer grunnvannsnivået?
• Er det fare for oppflyting av Leca® Lettklinker?

PRINSIPPLØSNINGER

 

Figurene nedenfor viser prinsippløsninger der Leca Lettklinker brukes for å redusere horisontalt jordtrykk mot konstruksjoner.

Utgraving og skråningsstabilitet 

Det er viktig å understreke at løsningene krever at eksisterende skråning bak strukturen er stabil. Om den ikke er det, eller om nødvendig utgraving resulterer i en ustabil skråning, er det mulig å oppnå stabilitet ved hjelp av konvensjonelt fyllingsmateriale (grus/ knust stein) i den nedre delen av fyllingen (se Figur 25).

Fjell og spunt 

Iblant består fyllingens bakre del ikke av en skråning, men av fjellprofil eller spunt. I tilfellet med en fjellprofil kan jordtrykket beregnes ut fra lettklinkerens egenskaper for densitet og jordtrykkskoeffisient (0,4 se beregningseksempel). Ved fyllinger mellom spunt og annen konstruksjon kan det være mer komplisert å vurdere de horisontale lastene. Om spunten skal dras opp senere bør den framtidige bakskråningens stabilitet tas med i beregningen. Merk at det samme gjelder om stag eller annen støtte av spunten vil bli forandret.

Jordtrykk mot kjellermur

Figur 24 nedenfor viser jordtrykket mot kjellermur med og uten Leca® Lettklinker som motfylling. Den indikerer en betydelig reduksjon av jordtrykket mot muren. Denne reduksjonen reduserer faren for sprekker eller andre skader i konstruksjonen.

Jordtrykk mot støttemur

Om en støttemur er segmentert kan den reagere annerledes på de påførte belastningene. Den segmenterte muren kan gi avvik i de nedre delene på grunn av segmentstrukturen. Bruk av Leca® Lettklinker kombinert med jordforsterkning utgjør en bra løsning som lett motfylling. Dette gir høyere strukturer uten å gi avkall på nødvendig sikkerhet.

Figur 25 viser jordtrykket mot en støttemur med og uten Leca® Lettklinker som tilbakefylling. Den indikerte jordtrykksreduksjonen av er betydelig sammenliknet med konvensjonelt fyllingsmateriale. Dette tillater en slankere og mer kostnadseffektiv konstruksjon.

Jordtrykk mot brufeste og peler.

Figur 26 nedenfor viser jordtrykk mot en pelet brukonstruksjon, for tilbakefylling med og uten Leca® Lettklinker. Figuren indikerer jordtrykksreduksjonens påvirkning på pelene.

Eksempel 1: Belastningskompensasjon med Leca® Lettklinker

Overflate skal forhøyes 1,5 meter over en setningsømfintlig jord, i dette tilfelle en løs leire. Beregninger gjøres for 3 ulike løsninger samt for sikkerhet mot oppdrift for løsning 1.4:

• 1.1 Ingen belastningskompensasjon
• 1.2 Partiell belastningskompensasjon
• 1.3 Full belastningskompensasjon
• 1.4 Sikkerhet mot oppdrift av lettklinkerfyllingen

Setningsberegningene utføres med datasimulering i Plaxis 8.2. Beregningene baseres på en analyse som omfatter beregningen av de primære setningene som forekommer når det høye poretrykket i grunnen minsker (i dette eksempelet tas det ikke hensyn til krymp).

1.1 Ingen belastningskompensasjon

Figur 1 viser den første løsningen, og i dette tilfellet utføres fyllingen med grus uten noen form for belastningskompensasjon.

Figur 2 viser kurven for resulterende setninger beregnet med Plaxis på en tidsakse. Beregningen viser en setning på 151 mm.

1.2 Partiell belastningskompensasjon

Figur 3 viser den andre løsningen, partiell belastningskompensasjon, som utføres med et 1 m tykt gruslag, samt et 1 meter tykt lag av Leca® Lettklinker. Lettklinkerlaget plasseres med 0,5 meter i den nye fyllingen og 0,5 meter i sanden som erstatningsmateriale.

Figur 4 viser kurven for resulterende setninger beregnet med Plaxis på en tidsakse. Beregningen viser en setning på 86mm.

1.3 Fullstendig belastningskompensasjon

Figur 5 viser fyllingsprofil for grunnivå ved full belastningskompensasjon. 

Fullstendig belastningskompensasjon oppnås ved å traue ut deler av sanden og erstatte den med Leca® Lettklinker. 
Fyllingens vekt (1 m grus og 0,5 m Lettklinker):
1,0 × 20 + 0,5 × 4 = 22 kPa

Utgravingsdybde i sanden for kompensasjon:
d (18 - 4) = 22 kPa
d = 1,6 m 

Total tykkelse Lettklinker:
0,5 + 1,6 = 2,1 m 

1.4 Sikkerhet mot oppdrift

Lettklinkermaterialets lave vekt resulterer i en løftekraft når det dekkes med vann. Denne effekten må tas med i beregningen. Sikkerheten mot oppdrift beregnes for en situasjon når grunnvannsnivået stiger til den opprinnelige terrengoverflaten (0 m).
 
Grusen og den øvre delen av Lettklinker fungerer som ballast:
σ ’Grus + 0,5 m Lettklinker = 1,0 × 18 + 0,5 × 5 = 20,5 kPa
 
Leca® Lettklinker har en beregningsmessig tyngdetetthet for oppdrift som er 7,0 kN/m3. Dette resulterer i en effektiv enhetsvekt:
γ’ = 7,0 – 10 = - 3 kN/m3
 
Dette gir i sin tur gir en løftekraft med trykket:
σ’Lettklinker-oppløft = 1,6 × 4 = 6,4 kPa

Eksempel 2: Fylling med Leca® Lettklinker

En vei skal bygges på løsmasser med lav trykkfasthet. I en typisk seksjon ligger et 0,2 m tykt matjordslag på leire med en tørrskorpe på 1,3 m.

Figur 6 viser jordprofilen ved fyllingen. Veien kommer til å ha to kjørebaner, hver av dem 3,75 + 0,75 m brede, noe som gir en total fyllingsbredde på 9 m øverst. Fyllingshøyden er 0,8 m over eksisterende terrengoverflate med en skråning på 1:3.

Setninger på cirka 0,1 m på 40 år er akseptabelt. Foreløpige beregninger for estimering av tillatt belastning avhenger av setningskravene. 
Disse kalkylene bygger på antagelsen om at setningene skjer i leiren under den tørre skorpen og uten hensyn til belastningsfordelingen som kan tillate høyere belastninger
Estimeringen gir overslagsmessig at belastninger på 4-5 kPa kan legges til og fortsatt oppnå akseptable setninger. Verifikasjon skjer ved datasimulasjon.

Figur 7 Resultat - setninger konvensjonelt fyllingsmateriale.

De første beregningene baseres på tungt fyllingsmateriale (konvensjonelt materiale) i et 1 m tykt lag når matjorden (0,2 m) er fjernet. Lagtykkelse, geometri og resulterende belastning framgår av figur 6. Estimerte setninger vises i figur 7. Kravene til setninger kunne ikke oppfylles og tilleggsbelastningen er 17 kPa. Belastningskompensasjonen skjer ved å grave bort tungt materiale og erstatte det med Leca® Lettklinker. 

Kalkylene gjøres for belastningskompensasjon med lettklinker i en seksjon midt i fyllingen. 

Behov for belastningskompensasjon: 17 - 5 = 12 kPa
Mengde Leca® Lettklinker: x = 12 / (18-4,7) = 0,9 m

Figur 8 Veifylling med Leca Lettklinker

Lettklinker plasseres i fyllingen. På grunn av frostsikring er passende høyde på ubunden overbygging estimert til minst 50 cm i hht. kravene i Statens Vegvesen Håndbok N200 Vegbygging.

Geometrien på lettklinkerfyllingen og resulterende belastning framgår av figur 8. Lettklinker plasseres ut for å oppnå en setningsfordeling over hele fyllingens bredde.

I skråningene brukes høyere belastninger for å få jevne setninger. Beregnede setninger utgjør tilsammen 0,1 m uten å ta hensyn til setningsforskjellene innen segmentet, se figur 9.

Figur 9 Resultat - setning med Leca Lettklinkerfylling.

Ved endelig utforming av en lettklinkerfylling bør beregninger med ulik utforming av skråningene beregnes slik at en jevn fordeling av setningene forventes for hele fyllingen. (I eksempelet tas det kun hensyn til primærsetning og ikke krypningsfenomen.)