Setninger
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 eventuelle setninger.
VIKTIGE VURDERINGER
- 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?
Figur 1
Veifylling, horisontal undergrunn, estimert last- og setningskurve beregnet med og uten Leca® Lettklinker.
Figur 2
Veifylling, hellende undergrunn, estimert last- og setningskurve beregnet med og uten Leca® Lettklinker.
figur 3
Jernbanefylling, horisontal undergrunn, estimert last- og setningskurve beregnet med Leca® Lettklinker og med LLP (Lastspredende Lett Plate).
Merk: Konstruksjonen med LLP (Lastspredende Lett Plate) innebærer en mindre mengde underballast og en totalt sett lettere fylling. Dette reduserer nødvendig uttrauing og/ eller behov for lett fyllingsmateriale.
Figur 4
Fyllingsprofiler med setningsømfintlig undergrunn, sammen med en pelet brokonstruksjon (bro). Figurene viser en kurve på estimert setning, beregnet med og uten Leca® Lettklinker / LLP.
Merk: Opplegget med LLP gjør det mulig for konstruktøren å beregne/ konstruere nær minimumskravene for konstruksjonen med kunnskap om at LLP bidrar til å kompensere variasjoner i underlag og utførelse
Figur 5
Kompensert fundamenteringsløsning, eksempel med bygg, estimert last og setningskurve beregnet med Leca® Lettklinker.
Merk: Mindre setninger gir lavere belastninger/ spenninger på konstruksjonen. Dette kan tillate besparelser på dimensjoner og armering i f.eks. en betongplate.
KONSTRUKSJONSEKSEMPEL
Eksempel 1: Belastningskompensasjon med Leca® Lettklinker
Overflaten skal forhøyes 1,5 meter over en setningsømfintlig jord, i dette tilfelle en løs leire. Kalkyler gjøres for 3 ulike løsninger samt for sikkerhet mot oppdrift i løsning 1:
- 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).
Tabell 1: Materialegenskaper
| Type materiale | Beregningsmessig tyngdetetthet over grunnvannsnivå γ [kN/m3] | Beregningsmessig tyngdetetthet under grunnvannsnivå γ’ [kN/m3] | E-modul [kN/m2] | Poissons tall ν | Friksjons- vinkel φ | Permeabilitet k [m/døgn] | ||
| Grus | 20 | 10 | 20000 | 0.2 | 38 | 100 | ||
| Leire | 19 | 9 | 1200 | 0.3 | 22 | 10-4 | ||
| Sand | 18 | 8 | 13000 | 0.3 | 35 | 1 | ||
| Leca® Lettklinker 10–20 mm | 4 | 0 | 15000 | 0.3 | 35 | 100 | ||
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, sammen med 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
Utgravingsdyp 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 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.
Tabell 2 Materialparametere
| Material | Beregningsmessig tyngdetetthet over grunnvannsnivå γ [kN/m3] | Beregningsmessig tyngdetetthet under grunnvannsnivå γ[kN/m3] | Stivhet MO[kN/m2] | Stivhet ML[kN/m2] | OC [kN/m2] | Permeabilitet k’ [m/døgn] | ||
| Konvensjonelt fyllingsmateriale | 20 | 10 | - | - | - | 100 | ||
| Tørr skorpe | 18 | 8 | 10000 | 5000 | 100 | 5x10-9 | ||
| Leire | 16 | 6 | 7500 | 400 | 0 | 10-9 | ||
| Leca® Lettklinker | 4.7 | 0 | - | - | - | 100 | ||
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 skulle tillate høyere belastninger
Estimeringen forteller at belastninger på 4-5 kPa kan legges til med fortsatt akseptable setninger. Verifikasjon skjer ved hjelp av datasimulering.
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 hht. kravene i Statens Vegvesen Håndbok N200 Vegbygging.
Geometrien på lettklinkerfyllingen og resulterende belastning framgår av figur 8. Lettklinker legges 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 utføres slik at en jevn fordeling av setningene forventes for hele fyllingen. (I eksempelet tas det kun hensyn til primærsetning og ikke krypningsfenomen.)
