Styrke- og deformationsegenskaber af tertiær ler ved Moesgård Museum og FE undersøgelser af interaktionen mellem en pæl og svellende ler
Studenteropgave: Kandidatspeciale og HD afgangsprojekt
- Kristine Lee Kaufmann
4. semester, Bygge- og anlægskonstruktion, Kandidat (Kandidatuddannelse)
Denne afhandling består af to individuelle artikler. I den første artikel beskrives den tertiære ler ved Moesgård Museum geologisk og geoteknisk. Den anden artikel omhandler numerisk modellering af en enkeltpæl placeret i en svellende ler, hvor svelningen modelleres som en aflastning ved afgravning.
Problemstillingerne i de to artikler er resumeret nedenfor.
Svellende ler er særdeles ekspansivt, når det kommer i forbindelse med vand, hvilket kan medføre store skader af bygninger pga. hævning af jorden. Derfor er det af stor vigtighed at bestemme ved hvilket spændingsniveau, svelning kan forventes, i form af svelletrykket. Derudover er både deformations-- og styrkeparametre nødvendige for at kunne dimensionere fundamenter for nye konstruktioner.
Den første artikel behandler de styrke-- og deformationsmæssige egenskaber af den tertiære ler ved Moesgård Museum, som ligger 10~km syd for Århus. Dette indbefatter evaluering af to konsolideringsforsøg og et triaksialforsøg. Ud fra konsolideringsforsøgene er svelletrykket, forbelastningsspændingen, tøjningsindekset og konsolideringsmodulet fundet. Den drænede og udrænet styrke er bestemt ud fra triaksialforsøget.
Pælefundering, der er dimensioneret til at optage tryklaster pga. sætninger, benyttes sommetider i svellende ler. Grundet friktionen mellem pæl og jord fører hævningen, som følge af svelning, til en yderligere trækbelastning. Denne kombination af træk- og trykbelastning kan være kompleks at analysere, både teoretisk og numerisk.
I den anden artikel adskilles mekanismerne ved den kombinerede træk-- og trykbelastning af en enkeltpæl som følge af svelning, hvormed problemet simplificeres til en indspændt pæl, der pga. en afgravning trækbelastes. Denne modelleres numerisk, hvorefter hævningen af jordoverflade, forskydningsspændingerne i jord--pæl interface og normalspændingerne i pælen baseret på et casestudie af Lillebæltsler er analyseret. Analyserne viser, at tilstedeværelsen af pælen skaber en svag zone inden for en radius af 3 pælediametre fra pælens centerlinie, hvor den maksimale hævning inden for denne radius aftager polynomisk med stigende styrke af grænseflade. Svelningen af jorden fører til opadrettede forskydningsspændinger i jord--pæl grænsefladen, hvilket medfører aksiale trækspændinger i pælen, som i det undersøgte tilfælde overstiger betonens trækstyrke. Trækspændingerne i pælen topper efter 35--50~år, på trods af at hævningerne i jorden forløber over yderligere 300~år. Det ser ud til, at udviklingen af plastisk grænseflade medfører en sammentrækning af pælen pga. brud langs pælens overflade.
Problemstillingerne i de to artikler er resumeret nedenfor.
Svellende ler er særdeles ekspansivt, når det kommer i forbindelse med vand, hvilket kan medføre store skader af bygninger pga. hævning af jorden. Derfor er det af stor vigtighed at bestemme ved hvilket spændingsniveau, svelning kan forventes, i form af svelletrykket. Derudover er både deformations-- og styrkeparametre nødvendige for at kunne dimensionere fundamenter for nye konstruktioner.
Den første artikel behandler de styrke-- og deformationsmæssige egenskaber af den tertiære ler ved Moesgård Museum, som ligger 10~km syd for Århus. Dette indbefatter evaluering af to konsolideringsforsøg og et triaksialforsøg. Ud fra konsolideringsforsøgene er svelletrykket, forbelastningsspændingen, tøjningsindekset og konsolideringsmodulet fundet. Den drænede og udrænet styrke er bestemt ud fra triaksialforsøget.
Pælefundering, der er dimensioneret til at optage tryklaster pga. sætninger, benyttes sommetider i svellende ler. Grundet friktionen mellem pæl og jord fører hævningen, som følge af svelning, til en yderligere trækbelastning. Denne kombination af træk- og trykbelastning kan være kompleks at analysere, både teoretisk og numerisk.
I den anden artikel adskilles mekanismerne ved den kombinerede træk-- og trykbelastning af en enkeltpæl som følge af svelning, hvormed problemet simplificeres til en indspændt pæl, der pga. en afgravning trækbelastes. Denne modelleres numerisk, hvorefter hævningen af jordoverflade, forskydningsspændingerne i jord--pæl interface og normalspændingerne i pælen baseret på et casestudie af Lillebæltsler er analyseret. Analyserne viser, at tilstedeværelsen af pælen skaber en svag zone inden for en radius af 3 pælediametre fra pælens centerlinie, hvor den maksimale hævning inden for denne radius aftager polynomisk med stigende styrke af grænseflade. Svelningen af jorden fører til opadrettede forskydningsspændinger i jord--pæl grænsefladen, hvilket medfører aksiale trækspændinger i pælen, som i det undersøgte tilfælde overstiger betonens trækstyrke. Trækspændingerne i pælen topper efter 35--50~år, på trods af at hævningerne i jorden forløber over yderligere 300~år. Det ser ud til, at udviklingen af plastisk grænseflade medfører en sammentrækning af pælen pga. brud langs pælens overflade.
Sprog | Engelsk |
---|---|
Udgivelsesdato | 8 sep. 2010 |
Antal sider | 141 |
Udgivende institution | Aalborg Universitet |