Grundläggning och förankring av temporär monteringshall Utvärdering av åtgärder vid olika geotekniska förhållanden Examensarbete inom civilingenjörsprogrammet Väg- och Vattenbyggnad FREDRIK FORSLUND / ELIN HAGERUD Institutionen för bygg- och miljöteknik Avdelningen för Geologi och Geoteknik Forskargruppen Geoteknik CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Göteborg 2007 Examensarbete 2007:30 EXAMENSARBETE 2007:30 Grundläggning och förankring av temporär monteringshall Utvärdering av åtgärder vid olika geotekniska förhållanden Examensarbete inom civilingenjörsprogrammet Väg- och Vattenbyggnad FREDRIK FORSLUND / ELIN HAGERUD Institutionen för bygg- och miljöteknik Avdelningen för Geologi och Geoteknik Forskargruppen Geoteknik CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Göteborg, 2007 Grundläggning och förankring av temporär monteringshall Utvärdering av åtgärder vid olika geotekniska förhållanden Examensarbete inom civilingenjörsprogrammet Väg- och Vattenbyggnad FREDRIK FORSLUND / ELIN HAGERUD © FREDRIK FORSLUND / ELIN HAGERUD, 2007 Examensarbete 2007:30 Institutionen för bygg och miljöteknik Avdelningen för Geologi och Geoteknik Forskargruppen Geoteknik Chalmers tekniska högskola 412 96 Göteborg Telefon: 031-772 10 00 Omslag: Uppställd monteringshall i Ursvik, 2006-10-06 Tryckeri: Chalmers Reproservice Göteborg 2007 I Foundation and anchorage of temporary assembly tent Evaluation of methods for different geotechnical cases Master’s Thesis in Civil and Environmental Engineering FREDRIK FORSLUND ELIN HAGERUD Department of Civil and Environmental Engineering Division of GeoEngineering Geotechnical Engineering Research Group Chalmers University of Technology ABSTRACT This thesis has been done by order of NCC Sverige AB. The thesis has studied foundation and anchorage of the temporary assembly tent used in NCC Komplett, NCC:s new system for industrial building. This evaluation shall be used in an early phase of the planning of the project and will give an indication of which method that can be used and which method that is most cost-efficient. NCC is currently using these tents but until now the tents have been founded on adequate ground, without any extra strengthening. In this rapport nine different geotechnical cases has been evaluated. These cases are clay, silt and gravelly sand with depth of 5, 10 and 50 meters down to bedrock. A problem that has been evaluated is settlement, bearing capacity and anchorage. The results from the settlements calculation show that the settlements are no problem. The bearing calculation in the gravelly sand shows that it doesn’t require any extra strengthening besides steal sheets, which spreads the load to larger surface. The result shows that silt and clay requires additional strengthening in form of deep foundation along the tent’s long-side. The most cost-efficient method for foundation is steal sheets, which can be used in similar projects in the future. For deep foundation methods, concrete piles are most cost-efficient for both clay and silt to a specific depth, then MDM-pillar is a cheaper alternative. The study has included both rock and soil anchorage and anchorage in combination with a soil-strengthening method called MDM-pillar. The combination with anchorage in MDM-pillar is only of interest when the method is used for strengthening the soil underneath the tent pillars. When the ground condition is clay with short distance to bedrock then anchorage to bedrock is recommended. Soil-anchorage with injection-pile called TITAN is recommended when the distance is larger. In silt and gravely sand TITAN-pile as an anchorage is recommended, for sand even if the depth to bedrock is less than 5 meter. The economical evaluation has not included the cost of the method's establishment or the cost of installation time for the different methods. Key words: Foundation, anchorage, MDM-columns, temporary assembly tent, piles II Grundläggning och förankring av temporär monteringshall Utvärdering av åtgärder vid olika geotekniska förhållanden Examensarbete inom civilingenjörsprogrammet Väg- och Vattenbyggnad FREDRIK FORSLUND / ELIN HAGERUD Institutionen för bygg- och miljöteknik Avdelningen för Geologi och Geoteknik Forskargruppen Geoteknik Chalmers Tekniska Högskola SAMMANFATTNING Detta examensarbete har utförts på uppdrag av NCC Sverige AB. I examensarbetet har grundläggning och förankring av en temporär monteringshall som används vid NCCs nya system för industriellt byggande, NCC Komplett, studerats. Utvärderingen skall kunna användas vid ett tidigt skede av projekteringen och ge en indikation om vilken grundläggnings-, förankringsåtgärd som kan användas och vilken som är mest kostnadseffektiv. NCC använder sig av dessa monteringshallar i dagsläget men hallarna har hittills grundlagts på tillräcklig bra mark, utan att förstärkningsåtgärder har behövts. I denna rapport utvärderas nio stycken geotekniska förhållanden. Dessa förhållanden är lera, silt och grusig sand med mäktigheter om 5, 10 respektive 50 meter. Materialegenskaperna för de fiktiva förhållandena har valts utifrån erfarenhetsvärden för jordmaterial i Mälardalen. Lastfall som kontrolleras är korttidslaster med avseende på tryck- och dragbelastningar samt långtidslast. Lasterna har erhållits från NCC Teknik och lastfallen har analyserats i en ramanalys av konstruktör på NCC Teknik i Solna. Sättningsberäkningar, bärighetsberäkningar och beräkningar för förankring har utförts med traditionella handberäkningsmetoder. Sättningar har beräknats under sex månader vilket är den tid som monteringshallen förväntas vara uppförd. Resultatet visar att sättningskravet uppfylls mellan kontrollerade stödben för samtliga geotekniska förhållanden utom för lera med en mäktighet på 10 respektive 50 meter. Bärighetsberäkningar visar att förhållandet grusig sand inte behöver någon extra förstärkning utöver lastspridande plåtar. Resultat för lera och silt visar att extra förstärkning behövs under monteringshallens långsidor. Rapporten redovisar vilka åtgärder som kan användas respektive inte användas för grundläggning vid de olika geotekniska förhållandena. Resultaten visar att på relativt små djup fungerar inte de åtgärder som beror på tillräcklig mantelfriktion för lera och silt. Förstärkningsåtgärd med spetsbärande påle blir därmed aktuellt för dessa djup. Både bergsförankring, jordförankring samt förankring i kombination med jordförstärkningsåtgärden MDM-pelare har kontrollerats. På stora djup kan samtliga alternativ användas dock är förankring i MDM-pelare endast aktuell där metoden används som förstärkningsåtgärd. III Den mest kostnadseffektiva förstärkningsåtgärd är lastspridande plåtar då dessa även kan användas i återkommande projekt. För djupgrundläggande åtgärder är betongpålar mest ekonomiska ner till ett visst djup och därefter blir MDM-pelare mer ekonomiska. I det geotekniska förhållandet med lera och vid korta avstånd till berg har bergsförankring med H20-linor visat sig vara den mest ekonomiska förankringsåtgärden. Vid större djup är TITAN-stag mer ekonomiska för silt medan det för grusig sand är detta det billigaste alternativet oavsett djup. I den ekonomiska utvärderingen har ingen hänsyn tagits till etableringskostnaden eller tidskostnaden. I examensarbetet har det även studerats om några förstärkningsåtgärder kan användas för att ta upp både tryck- och dragbelastningar, s.k. samverkande åtgärder. På fem meters djup kan ingen förstärkningsåtgärd av de som kontrollerats användas som samverkande. På större djup blir MDM-pelare mest ekonomiska som samverkande åtgärd följt av TITAN-stag. Nyckelord: Grundläggning, förankring, MDM-pelare, monteringshall, pålar CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 IV Innehåll ABSTRACT I SAMMANFATTNING II INNEHÅLL IV FÖRORD VII BETECKNINGAR VIII 1 INLEDNING 1 1.1 Bakgrund 1 1.2 Syfte och mål 2 1.3 Metodbeskrivning 2 1.4 Avgränsning 3 1.5 Indelning av rapporten 4 2 MONTERINGSHALLEN 5 2.1 Hallens konstruktion 5 2.2 Traversen 7 3 MARKFÖRHÅLLANDEN 8 3.1 Lera 8 3.2 Silt 9 3.3 Grusig sand 9 4 DIMENSIONERINGSMETODER SOM ANVÄNTS 10 4.1 Brottgränstillstånd 10 4.2 Bruksgränstillstånd 11 5 LASTER SOM VERKAR PÅ MONTERINGSHALLEN 12 5.1 Egentyngd 12 5.2 Traverslast 12 5.3 Vindlast 12 5.4 Snölast 13 6 LASTFALL 14 6.1 Korttidslast 14 6.2 Långtidslast 15 CHALMERS Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 V 7 GRUNDLÄGGNINGSMETODER 16 7.1 Plattgrundläggning 16 7.1.1 Lastspridande plåtar 16 7.2 Pålgrundläggning 16 7.2.1 Betongpålar 17 7.2.2 Stålpålar 18 7.2.3 Injekteringspåle 18 7.3 Jordförstärkning 19 7.3.1 KC-pelare/ MDM-pelare 19 8 FÖRANKRINGSMETODER 22 8.1 Bergförankring 22 8.2 Jordförankring 23 8.2.1 Betongpåle 23 8.2.2 HEA-balk 23 8.2.3 GEWI-stag i MDM-pelare 23 8.2.4 TITAN-stag 24 9 JORDMEKANIK 25 9.1 Sättningar 25 9.2 Bärighet 26 9.2.1 Lastspridande plåt 27 9.2.2 Betongpålar 29 9.2.3 Stålpålar 30 9.2.4 Injekteringspålar 30 9.2.5 MDM-pelare 32 9.3 Förankring 33 9.3.1 Bergförankring 33 9.3.2 Jordförankring 35 10 RESULTAT 36 10.1 Sättningar 36 10.1.1 Lera 36 10.1.2 Silt 37 10.1.3 Grusig Sand 37 10.2 Bärighet 38 10.2.1 Lastspridande plåt 38 10.2.2 Pålar/Jordförstärkning 41 10.3 Förankring 43 11 EKONOMI 45 11.1 Grundläggning 45 11.2 Förankring 46 CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 VI 11.3 Samverkande åtgärder 47 12 PUNKTSKATTNINGSMETODEN 49 13 DISKUSSION 52 14 SLUTSATS 54 15 REFERENSER 55 CHALMERS Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 VII Förord Detta examensarbete har utförts på uppdrag av NCC Sverige AB. I examensarbetet har grundläggning och förankring av en temporär monteringshall som används vid NCCs nya system för industriellt byggande, NCC Komplett, studerats. Utvärderingen skall kunna användas vid ett tidigt skede av projekteringen och ge en indikation om vilken grundläggnings-, förankringsåtgärd som kan användas och vilken som är mest kostnadseffektiv. Då detta arbete har utförts på fiktiva geotekniska förhållanden vill vi påpeka att denna utvärdering absolut inte skall användas som ett slutgiltigt resultat för dimensionering av grundläggning och förankring för monteringshallarna. Vi vill därmed säga att vi inte tar på oss något ansvar för framtida grundläggning och förankring av monteringshallarna utifrån resultaten i rapporten. Många personer har under arbetets gång hjälpt oss med information och synpunkter. På NCC Teknik i Solna vill vi tacka vår handledare Maria Christiansson för att ha tagit sig tid att träffa oss i Solna och för att ha bidragit med intressanta synpunkter och kommentarer under resans gång. Vi vill även tacka Rickard Fooladi, konstruktör på NCC Teknik i Solna, för att ha haft tålamod med alla våra frågor kring konstruktionens laster. På NCC teknik i Göteborg vill vi i första hand tacka Anders Bergström som trots allt blivit vår handledare på ”hemmaplan”. Vi vill även tacka de anställda på NCC Teknik i Göteborg för att få oss examensarbetare att trivas i fikarummet. Vi har även haft stor hjälp av folk från Hercules Grundläggning AB som försett oss med nyttig information kring de olika metoderna som utvärderats i examensarbetet. Framförallt vill vi tacka Johan Falk och Niklas Dannewitz i Solna som alltid tagit sig tid att träffat oss när vi besökt NCC i Solna. De skall även ha ett stort tack för att de har besvarat våra mail snabbt. På Chalmers tackar vi vår handledare och examinator Göran Sällfors. Göteborg i februari 2007 Fredrik Forslund & Elin Hagerud CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 VIII Beteckningar I detta avsnitt redovisas beteckningar som förekommer i rapporten. Beteckningarna har delats upp i latinska och grekiska bokstäver. Latinska bokstäver A area [m2], tvärsnittsarea [m2] efA effektiv area [m2] mA pålens mantelarea [m2] sA pålens spetsarea [m2] 1A delarea [m2] b bredd [m] efb effektiv bredd [m] vC konsolideringskoefficient [m2/s] c brottvidhäftningsspänning [MPa] dc dimensionerande skjuvhållfasthet [kPa] uc odränerad skjuvhållfasthet [kPa] d diameter [m] E elasticitetsmodul [MPa] [ ]xE väntevärde [-] brottF totalsäkerhetsfaktor [-] dF dimensionerande lastvärde [kN] f sannolikhet [-] df dimensioneringsvärde på materialparameter [-] kf karakteristiskt värde på materialparameter [-] mf mantelfriktion [kPa] h höjd, djup från underkant fundament till underkant fast lera [m] 1K förhållande mellan cementkroppens diameter oh borrkronans diameter [-] k faktor [-] vk vertikal permeabilitet [m/s] L ingjutningslängd [m] friL fri längd mellan förankring och marknivå [m] förL förankringslängd [m] totL Lfri + Lför [m] l längd [m] efl effektiv längd [m] LMM ,0 moduler [kPa] ´M modulökning [kPa/m] cN , qN , γN bärighetsfaktorer [-] ( )1xxP < sannolikhet för att en variabel, x, är mindre än x1 [-] CHALMERS Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 IX −+ pp , punktskattning av en sannolikhetsfördelning [-] eQ stommens egentyngd [kN] tryckQ korttidslast - tryck [kN] långtidQ långtidslast [kN] sQ snölast [kN] tQ traversens egentyngd [kN] tsQ traversens dynamiska last [kN] vQ vindlast [kN] positivvQ tryckande vindlast [kN] q lastvärde [kPa] bq grundtryckets brottvärde [kPa] sq gränsmantelfriktion [kPa] dR dimensionerande bärförmåga [kN] kR karakteristiskt bärförmåga [kN] dm DR dimensionerande geoteknisk lyftkraftsförmåga [kN] vT tidsfaktor [-] γsss qc ,, korrektionsfaktorer för fundamentform [-] t tid [s] vU medelkonsolideringsgrad [-] u portryck [kPa] [ ]xV Varians [-] Vip variationskoefficient [-] z djup under markyta [m] x stokastisk variabel [-] x medelvärde [-] Grekiska bokstäver α samverkansfaktor [-] mα mantelbärförmågefaktor [-] sα spetsbärförmågefaktor [-] β dimensionerande värde på mantelbärförmågefaktor [-], parameter för en fördelningskurvas skevhet och toppighet [-] δ sättning [m] γ tunghet [kN/m3] ´γ effektiv tunghet [kN/m3] φγγγ mmEmc ,, partialkoefficient för materialegenskap [-] mmγ partialkoefficient för pålens mantelbärförmåga [-] msγ partialkoefficient för pålens spetsbärförmåga [-] nγ partialkoefficient för säkerhetsklass [-] CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 X Rdγ partialkoefficient som beaktar osäkerheten i beräkningsmodellen [-] totγ totalsäkerhetsfaktor [-] wγ vattnets tunghet [kN/m3] kμ karakteristiskt mantelmotstånd [kN/m] dμ dimensionerande mantelmotstånd [kN/m] σΔ spänningstillskott [kPa] zσΔ vertikalt spänningstillskott [kPa] γξξξ ,, qc korrektionsfaktorer [-] σ spänning [kPa] , standardavvikelse [-] ´σ effektivspänning [kPa] c´σ förkonsolideringstryck [kPa] L´σ gränstryck [kPa] 0´σ in situ-spänning [kPa] dφ dimensionerande inre friktionsvinkel [°] kφ karakteristisk inre friktionsvinkel [°] CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 1 Inledning 1.1 Bakgrund Utvärdering av grundläggning och förankring har gjorts för temporära monteringshallar som NCC använder i deras nyutvecklade byggsystem. Byggsystemet kallas NCC Komplett och är ett system för industriellt byggande av flerbostadshus. I det nya konceptet finns inte den traditionella byggplatsen kvar utan byggnationen sker mestadels i en fabrik. Bostäderna byggs i sektioner och färdigställs till 90 procent i fabriken. De byggda elementen transporteras därefter från fabriken direkt till monteringsplatsen. Vid montering av de färdigställda byggnadssektionerna krävs det stora skydd, i form av enorma tälthallar, för att skydda mot vind och nederbörd. En enkel skiss över hur byggsystemet fungerar visas i Figur 1.1 Figur 1.1 Principskiss för konceptet NCC Komplett (www.ncc.se) NCC komplett går ut på att snabbt få upp hus på ett säkert, väderskyddat och ekonomiskt sätt. Även grundläggningen av hallen önskas ske på ett så smidigt och ekonomiskt sätt som möjligt, i enlighet med principen för NCC Komplett. Monteringshallen består idag av en fackverkskonstruktion av stål med dubbla utanpåliggande tältdukar. Konstruktionen kan uppföras i olika storlekar beroende på hur stort hus som skall byggas. Inuti monteringshallen finns en travers för att lyfta av huselementen från lastbilarna till deras plats i bostadsbyggnaden. Monteringshallarna skall grundläggas för en brukstid på tre till sex månader beroende på hur lång tid det tar att uppföra det aktuella huset. Flera NCC komplett hus har redan byggts i dessa monteringshallar och flera är under projektering. Tidigare har man satt upp dessa monteringshallar på tillräckligt bra mark CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 2 utan att behöva ta till några mer avancerade grundläggningsåtgärder. Men många äldre orter är placerade i områden som har varit lämpliga ur kommunikations- och försvarsstrategiska synpunkter, men med mindre goda grundförhållanden t.ex. vid älvmynningar och sjöar. Det har även visat sig att allt eftersom ett samhälle växer och byggs ut, minskar de områden som har goda markförhållanden att bygga på. Det blir därför allt viktigare att kunna bebygga även de allra sämsta markförhållandena, vilket medför att åtgärder krävs för att föra ner laster från överbyggnaden till underliggande jordar. I dagsläget byggs monteringshallen på stålfötter med dimension 1,2 x 3 meter. En sådan fot fungerar utmärkt då marken består av relativt fast friktionsjord eller berg men inte då markförhållandet är finkornig eller består av lös jord. Då tidigare Komplett-hus har grundlagts på något sämre mark har grundläggningen skett med hjälp av lastspridande plåtar med dimensionen 2,4 x 2,4 m under konstruktionens stålfötter. För en finkorning eller lös jord är detta inte alltid tillräckligt. Ett behov finns nu att i ett tidigt skede av projekteringsprocessen få en uppfattning om vad grundläggnings- och förankringskostnaden kommer att uppgå till för ett viss specifikt markförhållande. 1.2 Syfte och mål Syftet med examensarbetet är att utvärdera vilka grundläggnings- och förankringsmetoder som är lämpliga och praktiskt genomförbara för en monteringshall uppställd under en relativt kort tidsperiod. Utvärderingen kommer att ligga till grund för en lathund för grundläggning och förankring av dessa monteringshallar som NCC skall använda och finns därför inte med i detta examensarbete. Denna lathund skall i ett tidigt skede underlätta val av metod utifrån ekonomiska aspekter vid ett visst specifikt markförhållande. 1.3 Metodbeskrivning Tillvägagångssättet vid utvärdering av grundläggning och förankring ges av en förenklad modell i Figur 1.2. I rapporten förutsätts det att en noggrann geoteknisk undersökning har utförts för grundläggningen av bostadshuset. Detta medför att samma undersökningar kan användas för utvärderingen av monteringshallens grundläggning och förankring. Monteringshallen utsätts för både korttids- och långtidslaster. Då de stora korttidslasterna verkar på hallkonstruktionen måste bärigheten utredas. Klarar inte grundkonstruktionen att ta upp lasterna kan ett brott uppstå, vilket är förödande för monteringshallen och framförallt för människorna som vistas i hallen. Vindens inverkan har en avgörande betydelse på korttidslasterna. Vinden verkar både som tryckande och lyftande, storleken beror på hur det blåser. När en lyftande vind verkar på hallkonstruktionen måste hallen vara väl förankrad så att den inte flyttar på sig och ställer till problem för produktionen. Hallen kommer under sin brukstid även utsättas för långtidslaster som skall föras ner till jorden. Dessa laster medför att den underliggande jorden kommer att deformeras, vilket gör att hallen kommer att sätta sig. Om för stora och ojämna sättningar uppkommer kan hallen inte användas, med ett avbrott i produktionen som följd. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 3 Eftersom hallen ska kunna användas vid husmontering på olika typer av mark, måste hallens grundläggning anpassas efter de markförhållanden som råder på den aktuella platsen. Konstruktionen kan anpassas efter rådande markförhållande d.v.s. hallens ben kan justeras till valfri höjd. Problem som påverkas av de geotekniska förhållanden under monteringshallen, bärighet, sättningar och förankring, kommer att utredas i denna rapport. Figur 1.2 Konceptuell modell av utvärderingsmetoden 1.4 Avgränsning Monteringshallen går att uppföra i många olika storlekar. Rapporten kommer därför att avgränsas till att endast behandla en monteringshall som rymmer ett åttavåningar högt bostadshus. Avgränsningen har gjorts då det är den nuvarande största dimension på monteringshall, vilket medför störst last och lägst stabilitet för hallkonstruktionen. Rapporten avgränsas också till att behandla en monteringshall uppförd på en plan yta d.v.s. stödbenen är lika långa. Någon utfyllnad för att jämna till markytan har därmed inte studerats. Rapporten kommer att behandla fiktiva markförhållanden med tre olika jordmaterial. Dessa material är lera, silt och grusig sand med varierande mäktigheter. Det är tänkt att NCC Komplett konceptet skall spridas i hela Sverige men för närvarande finns det endast en fabrik som tillverkar NCC Komplett-hus. Fabriken är belägen i Hallstahammar i Västmanland och husen kommer i nuläget att uppföras i eller i närheten av Mälardalen. Jordmaterialens egenskaper för de fiktiva markförhållandena i denna rapport bestäms därför främst utifrån karakteristiska markegenskaper i Mälardalen. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 4 1.5 Indelning av rapporten När man ska utvärdera vilka metoder som bör användas vid en viss grundläggning är det viktigt att tänka både i tekniska och ekonomiska banor. Tillförlitlig kunskap om markförhållandet är det som har en avgörande roll för att välja rätt grundläggnings- respektive förankringsmetod. Noggranna analyser bör därför utföras både i fält och i laboratorium för både markförhållandet och jordmaterialet. Vid projektering är det även viktigt att tänka på följande: - Vilken säkerhetsklass skall dimensioneringen utföras i? - Vilka laster skall föras ned i marken? - Uppnås tillräcklig geoteknisk och konstruktiv bärförmåga? - Vilka deformationer kan uppstå och accepteras? - Hur är det med arbetsutrymmet, med tanke på maskinvalet? - Vilka produktionsmässiga störningar kan uppstå? - Hur är det med områdespåverkan, är området känsligt för störningar? De två första punkterna ovan diskuteras i rapporten i kapitel 4 och 5. Huruvida geoteknisk och konstruktiv bärförmåga uppnås med de olika åtgärderna samt vilka deformationer som kan förväntas uppstå tas upp i kapitel 9.1. De sista tre punkterna är svåra att diskutera i detta fall då rapporten endast behandlar fiktiva fall. För att ta hänsyn till arbetsutrymme, om området är störningskänsligt samt vilka störningar som kan uppstå måste enskilda platsundersökningar utföras. I kapitel 11 redovisas kostnaderna för de olika åtgärderna. Vid utvärdering av ekonomin bör följande frågor ställas: - Hur mycket tid kommer det att ta? - Finns det stor risk för avbrott i produktionen, därmed extra kostnader? - Hur stor är följden av störningar i området? Totalekonomi är ett viktigt begrepp som man bör ta hänsyn till vid val av förstärkningsmetod. I detta vägs alla indirekta kostnader in som rör både material, utförande och störningar. Dessa är t.ex. kostnader för stillestånd och oönskad omgivningspåverkan. Då monteringshallens användande har ett väsentligt högre värde än kostnaden för en bra grundläggning är det oerhört viktigt att använda rätt metod, där man väger in alla indirekta faktorer som påverkar projektets slutkostnad. I beräkningarna har dessa punkter inte tagits med eftersom rapporten bygger på fiktiva fall. Diskussion kring de ekonomiska detaljerna har dock gjorts i kapitel 12. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 5 2 Monteringshallen Hallen fungerar som väderskydd och underlättar monteringen av NCC Komplett- husen. Hallen används bara under uppförandet av det innanförliggande huset och beräknas därför vara uppställd som längst under ett halvår. För att spara tid och undvika problem vid uppförandet av monteringshallen arbetar idag ett speciellt team med att montera och demontera hallarna. Det är tänkt att detta team, vid hög produktion, enbart ska arbeta med dessa hallar på planerade byggplatser. Uppförandet av en hall förväntas att ta omkring fyra till fem veckor (Enqvist, 2006). Figur 2.1 Monteringshall uppställd i Ursvik 2.1 Hallens konstruktion Hallen som har valts att studeras är en hall som används för montering av bostadshus med upptill 8 våningar, vilket är den högsta höjden för systemet. Monteringshallen är 48 meter lång, 26 meter bred och 36 meter hög, vilket medför ordentligt med utrymme vid husmonteringen. Stommen består av 24 st fackverkspelare som sammanbinds med drag- och tryckstag. På pelarna är takstommen, som består av fackverkstakstolar, fäst. I Figur 2.2 visas hur hallens gavel är uppbyggd. Gaveln består av sex pelare om fem fack med varierande bredd. Pelarna består av en fackverkskonstruktion med triangulärt tvärsnitt. Runt hela monteringshallen går en H-balk på vilken hallens pelare är fästa. Denna balk är i sin tur fäst på enskilda stålfötter under varje pelare. Stålfötterna har en dimension på 1,2 x 3 m, se bilaga 1. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 6 Figur 2.2 Monteringshallens kortsida Notera att det inte finns något snedstag längst ner i hallens högra fack, där har det lämnats plats för infart av fordon. När lastbilarna kommer lastade med byggnadselement från fabriken körs de in i hallen genom denna öppning (se även Figur 2.1). Därefter lastas byggnadselementen av och monteras på plats med hjälp av en traverskran som vilar på två skenor som löper längs hallens långsidor, se Figur 2.2 ovan. I Figur 2.3 nedan visas en ritning över monteringshallens långsida. Här finns sju fack med samma avstånd mellan pelarna. Figur 2.3 Monteringshallens långsida CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 7 Utanpå monteringshallen fackverksram ligger en duk som fungerar som en klimatskärm (se Figur 2.1). Duken består av två lager gummi som håller vind och väta ute. 2.2 Traversen Traversen används för att underlätta monteringen och hjälper till att hissa upp byggnadselementen som kommer på lastbil från fabriken. Traversen rör sig utmed skenor som är monterade längs långsidan högst upp i hallen. Spannet mellan skenorna är 25 m. Traversbalken körs i längsled vilket medför att traversens arbetsområde täcker hela ytan i hallen. Traversen är monterad på samma stomme som monteringshallen. Då traversen utgör hjärtat i systemet medför det att hallkonstruktionen blir känslig för differenssättningar mellan de enskilda pelarna. Traversen har ett stort behov av att monteringshallen skall stå på ett plant underlag för att traversen skall kunna köras. Det blir därmed traversen som bestämmer storleken på differenssättningarna. Traversen är mest sättningskänslig i de båda skenorna längs långsidan. Om ena sidan skulle sätta sig mer än 20 mm kan detta medföra att traversens hjul hamnar snett eller i värsta fall faller ur sin skena. Detta skulle i sin tur medföra att traversen inte kan fungera som den skall och arbetet skulle stå stilla. Traversen tros inte vara lika sättningskänslig om två stödben på samma långsida skulle ha en sättningsdifferens på 20 mm, men för att vara på den säkra sidan sätts samma krav även här (Fooladi, 2006). CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 8 3 Markförhållanden Denna rapport tar upp nio fiktiva fall av geotekniska förhållanden som är vanligt förekommande i Mälardalen. De fiktiva förhållandena är lera, silt och grusig sand med djup om 5, 10 respektive 50 meter. Valda materialegenskaper för ovan nämnda förhållanden redovisas nedan. Värden på materialegenskaper har valts utifrån erfarenhetsvärden för jordmaterial i Mälardalen (Christiansson, 2006). Grundvattennivån antas ligga 1 meter under markytan i samtliga markförhållanden. Värden som ges nedan är karakteristiska värden. I bilaga 2 redovisas en sammanställning av nedan nämnda materialegenskaper. 3.1 Lera I modellen med lera har jordlagerföljden antagits ha följande fördelning: Överst finns en torrskorpelera med en tjocklek på en meter. Därunder finns två lerlager där det översta lagret har en mäktighet på 5 meter. Det undre lerlagret vilar på friktionsjord ner till berg, se Figur 3.1. Torrskorpeleran har antagits ha en tunghet på 17 kN/m3 samt en skjuvhållfasthet på 50 kPa. Kompressionsmodulen, M, för torrskorpelera har valts till k . cd där k kan antas vara 500 för torrskorpelera (Handboken Bygg, 1984). Den underliggande lösa leran har samma tunghet som torrskorpeleran, 17 kN/m3. Leran har en reducerad odränerad skjuvhållfasthet på 10 kPa i underkant torrskorpa och ökar därefter med 1 kPa per meter mot djupet. Leran är överkonsoliderad med 10 kPa till 6 meters djup och därefter antas den vara överkonsoliderad med 20 kPa. Leran antas vara normalt överkonsoliderad med en överkonsolideringsgrad under 1,5. Kompressionsmodulen, M0, beräknas som k . cd där k =350 för en mellanplastisk lera (Handboken Bygg, 1984). Modulen ML har satts till 400 kPa för det översta lerlagret samt 800 kPa för det understa. Modulökningen M´ antas vara 11 respektive 13 kPa/m. Den vertikala permeabiliteten i leran antas vara 1 .10-9 m/s för det övre lerlagret samt 1.10-10 m/s för det undre. Figur 3.1 Lerans lagerföljd CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 9 3.2 Silt Det andra jordmaterialet är silt, vilket antas ha samma materialegenskaper genom hela mäktigheten ner till berg (Figur 3.2a). Silten antas ha en omättad tunghet på 18 kN/m3 samt en mättad effektiv tunghet på 10 kN/m3. Silten har antagits ha en inre friktionsvinkel på 31˚ och en E-modul som uppskattats till 10 MPa. 3.3 Grusig sand Den grusiga sanden har i likhet med silten homogena materialegenskaper ner till berg, se Figur 3.2b. Den grusiga sanden antas ha en omättad tunghet på 19 kN/m3 samt en mättad effektiv tunghet på 11 kN/m3. Sanden har antagits ha en inre friktionsvinkel på 38˚ och en E-modul på 25 MPa. Figur 3.2 a) Siltens jordlagerföljd b) Grusig Sands lagerföljd CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 10 4 Dimensioneringsmetoder som använts I bärighets- och sättningsberäkningar har partialkoefficientmetoden tillämpats om inget annats nämns. Detta innebär att säkerheten beaktas genom att koefficienter har lagts på materialparametrar och för beräkningsmodell. Förutsättningarna ska väljas så att den farligaste kombinationen av bärförmåga och lasteffekt uppmärksammas. Detta gäller för såväl utförande som för användningen av geokonstruktionen. Med hänsyn till hur stora personskador som kan uppkomma om ett brott i konstruktionen skulle uppstå, väljs en säkerhetsklass (Bergdahl, 1993). Dimensionering av grundläggningen görs i bruks- och brottgränstillstånd, d.v.s. en granskning där man dimensionerar konstruktionen för att uppnå acceptabel säkerhet för både normaltillståndet samt då maximal belastning råder. I vissa beräkningar har totalsäkerhetsfaktor använts. Vid beräkning med totalsäkerhetsfaktor utförs dimensioneringen med en faktor som har tagits fram genom erfarenhet och utvärderingar. 4.1 Brottgränstillstånd I brottgränstillståndet kontrolleras den vertikala bärförmågan för geokonstruktionen. För att beräkna bärförmågan krävs det att den dimensionerande jordmodellen och lastmodellen tas fram. Tillvägagångssättet för hur bärförmågan har beräknats, beskrivs i kapitel 9.2. Vid beräkning i brottgränstillstånd har dimensionerande materialvärden tagits fram genom division med koefficienterna för säkerhetsklass, γn, och material, γm, enligt: nm k d f f γγ ⋅ = (4.1) För denna dimensionering föreligger risk för enstaka personskada, varvid säkerhetsklass 2 har valts med säkerhetsfaktor γn=1,1. För lera sätts γmc för skjuvhållfastheten till mellan 1,6 och 2,0 i brottgränstillstånd, beroende på hur mycket undersökningar som har gjorts på skjuvhållfastheten (Bergdahl, 1993). Eftersom beräkningarna utförs på fiktiva markförhållanden har säkerhetsparametern valts till 1,8. Dimensionerade värde på materialens tunghet har valts lika med det karakteristiska värdet eftersom tungheten erfarenhetsmässigt uppvisar en liten variation erfarenhetsmässigt. För friktionsjord reduceras friktionsvinkeln genom att partialkoefficienterna läggs på tan θ enligt: nm k d γγ φ φ ⋅ = tan arctan (4.2) Partialkoefficienten, γmΦ, för hållfasthetsparametern tan Φ väljs oftast mellan 1,1 –1,3 (Bergdahl, 1993). Även i detta fall har koefficienten valts försiktigt, 1,2 i brottgränstillstånd. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 11 4.2 Bruksgränstillstånd I bruksgränstillstånd ska geokonstruktionen klara av de belastningar som den normalt utsätts för. Vid dimensionering av geokonstruktioner i bruksgränstillstånd är det vanligen sättningar som undersöks. Detta görs för att rörelser och deformationer inte skall skada byggnadskonstruktionen. Dimensionerande värden på ingående parametrar räknas på motsvarande sätt som i brottgränstillståndet, förutom att koefficienterna är något lägre. Partialkoefficienten för lerans skjuvhållfasthet ligger i bruksgränstillstånd mellan 1,3 och 1,6. Även i detta fall väljs ett värde högt i intervallet, γmc= 1,6 eftersom beräkningarna utförs för fiktiva markförhållanden Vid sättningsberäkning för silt och sand, används jordmaterialets elasticitetsmodul, E. Enligt normen ligger partialkoefficienten för elasticitetsmodulen, γmE, mellan 1,3 och 1,6. För silt har koefficienten γmE valts till 1,5 och för sanden har γmE valts till 1,4 (Bergdahl, 1993). Silten uppfattas som ett besvärligare jordmaterial och har därmed en högre partialkoefficient. Även i bruksgränstillståndet är partialkoefficienten för tungheten lika med 1,0. För vidare information om hur sättningsberäkningarna har utförts hänvisas läsaren till kapitel 9.1. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 12 5 Laster som verkar på monteringshallen När hallen står uppställd kommer den att utsättas för olika belastningar. Dessa laster är både statiska och dynamiska. Nedan beskrivs de laster som påverkar hallen och som kommer att ge upphov till stödreaktioner, se även bilaga 3. I de lastfall som rapporten behandlar har laster bestämts med hänsyn till förhållanden från Mälardalen. Detta examensarbete innefattar inte att ta fram laster för de olika lastfallen. Lasterna har erhållits från NCC Teknik i Solna som i sin tur fått uppgifter från hallkonstruktör samt hallfabrikant. 5.1 Egentyngd Hallstommens egentyngd består av stålfackverkets tyngd samt av den heltäckande gummiduken. Egentyngden uppgår till 120 kN per upplag (Fooladi, 2006). 5.2 Traverslast Storleken på traverslast kommer i verkligheten att variera efter hur tunga byggsektioner traversen lyfter. I rapporten definieras två fall av traverslast, dels enbart traversens egentyngd som uppgår till 90 kN och dels den dynamiska last som inverkar då traversen kör fullastad. Traversens maxlast är 20 kN (Fooladi, 2006). 5.3 Vindlast Storleken på den vindlast som verkar på hallen bestäms utifrån var hallen placeras geografisk. I karta nedan fås att referenshastigheten i Mälardalen uppgår till 24 m/s (BFS, 2003:6). Figur 5.1 Geografisk karta över vindens referenshastighet (BFS, 20003:6) CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 13 5.4 Snölast Dimensionerande snölast beräknas utifrån ett grundvärde för snölast på mark baserat på var konstruktionen är placerad geografiskt. Grundvärden för snölast på mark, enligt BKR (Boverket, 2003), representerar den snölast som i genomsnitt återkommer en gång på 50 år. I Mälardalen uppgår föreskriven snö på mark till 2,0 kN/m2 (BSV, 1997). Detta grundvärde korrigeras därefter med hänsyn till hur taket är utformat, d.v.s. hur stor risk utformningen utgör för snöanhopning till följd av ras och glidning. Även energiförluster genom tak och annan termisk påverkan kan ha inverkan vid dimensionering av snölast. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 14 6 Lastfall Rapporten behandlar tre lastfall, kortidslast-tryck, korttidslast-drag samt långtidslast. Dessa lastfall har tagits fram genom en ramanalys som utfördes av konstruktör på NCC Teknik. Konstruktören har i sin tur erhållit aktuella lastparametrar från hallkonstruktören och hallfabrikanten. I rapporten benämns monteringshallens stödben enligt Figur 6.1. Figur 6.1 Benämning av stödben Lasterna i monteringshallen kommer att behandlas utifrån symmetri. De två långsidorna förväntas föra ner lika stora laster i stödbenen på motsatt sida d.v.s. lasten på stödben C1 antas vara lika stor som på stödben C6. Även kortsidorna antas ha lika stora laster på motsatta ben. Detta bestäms efter antagandet att man inte vet från vilket håll vinden kan komma att påverka hallen. I lastfallet långtidslast tas ej hänsyn till detta då lastfallet ej påverkas av vindlasten. Dessutom förväntas traversen vara parkerad utmed samma kortsida då den inte används vilket medför att långtidsbelastningens storlek är större på denna sida. 6.1 Korttidslast Det första lastfallet, korttidslast med avseende på tryck, har använts vid bärighetsberäkning. Den dimensionerande korttidslasten är den största last som hallen utsätts för och som förs ned i dess stödben. De krafter som medverkar till korttidslasten är vind-, snö- och traverslast, se ekvation 6.1. Vindlasten som påverkar är max vindlast som medför positiv vindlast, d.v.s.. vinden trycker ner monteringshallens tak enligt Figur 6.2a. Med traverslast avses de dynamiska effekter som påverkar hallen då traversen är igång och kör fullastad. positivvvtsetryck QQQQQQ ⋅+⋅+++= 3,13,1 (6.1) Det andra korttidslastfallet beror av de negativa vindlaster som kan uppkomma när det blåser, se Figur 6.2b. Uppgifter om lastens storlek har hämtats från ett tidigare fall, Fyrisstrand i Uppsala. Detta lastfall ligger till grund för dimensionering av förankringsåtgärd. Monteringshallen består av en relativt lätt fackverkskonstruktion som kräver förankring. Vid dimensionering av förankringslast tillgodoräknas inte CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 15 hallens hela egentyngd. Egentyngden reduceras till 0,85 av ursprungligt värde för att beräkningar skall vara på den säkra sidan. Figur 6.2 a) Korttidslast-tryck b) Korttidslast-drag Eftersom monteringshallen är en temporär byggnad kan vindlasten reduceras med avseende på under vilka månader hallen uppförs (BKR). Hallkonstruktören anser att denna hall är så pass stabil att vindlasten i detta fall kan reduceras till lägsta värde enligt BKR, d.v.s. vindlasten reduceras till 0,62 av dimensionerande vindlast oavsett under vilken årstid hallen kommer att vara uppförd (Fooladi, 2006). 6.2 Långtidslast Det tredje lastfallet, långtidslast, används vid sättningsberäkningar. Monteringshallens dimensionerande långtidslast består av dess egentyngd samt av traversens egentyngd, se ekvation 6.2. tselångtid QQQ += (6.2) Då traversen är parkerad belastas stödben G1 och G6 av traversens egentyngd d.v.s.. 65 kN extra läggs på vartdera benet se Figur 6.3. Figur 6.3 Långtidslast CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 16 7 Grundläggningsmetoder Nedan beskrivs olika förstärkningsmetoder som kan tänkas användas vid grundläggning av monteringshallarna. De grundläggningsmetoder som valts att studera i rapporten har tagits fram tillsammans med NCC Teknik samt Hercules Grundläggning AB. Två huvudtyper av grundläggning har studerats, yt- respektive djupgrundläggning. 7.1 Plattgrundläggning Som tidigare nämnts står monteringshallens pelare på stålfötter. Dessa sprider lasten på en begränsad yta med en storlek på 1,2 x 3 m2. I sämre jordar har denna lastspridning visat sig vara otillräcklig. För att få bättre lastspridning kan den lastspridande ytan ökas t.ex. med hjälp av plåtar. 7.1.1 Lastspridande plåtar Lastspridande plåt är en ytgrundläggningsmetod där plåten läggs under stålfoten för att öka lastspridningen. Detta är en enkel metod för att minska sättningarna och få ett ökat värde på bärigheten. Dimensionerna på plåtarna kan varieras, i denna rapport har plåtar med en tjocklek på tre cm och en area på 2,4 x 2,4 m2 använts. Även två plåtar i bredd som medför en platta med dimension 2,4 x 4,8 m (benämns i rapporten som dubbla plåtar) har studerats i bärighets- och sättningsberäkningar. Fördelen med denna metod är att den är mycket enkel och snabb att utföra. Den är också mycket ekonomisk då plåtarna kan återanvändas i kommande projekt. 7.2 Pålgrundläggning Pålar är en djupgrundläggningsmetod som används för att fördela och överföra vertikala och horisontella laster från den överliggande byggnaden ner till jordlager med bättre bärighets- och sättningsegenskaper. Lasterna överförs från pålen till den omgivande jorden genom spets och mantel. Hur stor del av lasten som förs ned genom manteln respektive spetsen beror på vilket jordmaterial som finns samt till viss del hur pålen är slagen. Användning av pålar ökar bärförmågan och reducerar sättningarna. Ofta används pålar för tyngre byggnader och större anläggningar där de ytliga jordlagren saknar tillräcklig bärförmåga för att klara av den aktuella lasteffekten. Pålning är en metod som används för de flesta jordarter och är mycket vanlig för glaciala och postglaciala leror samt mellanjordar som silt och finsand (Holm, Olsson, 1993). Pålens bärförmåga begränsas dels av pålens lastkapacitet och dels av den geotekniska bärförmågan. Det lägsta värdet av lastkapaciteten och den geotekniska bärförmågan blir dimensionerande. Eftersom pålarna befinner sig under byggnaden är de svåra att inspektera och reparera. För att verifiera den geotekniska bärförmågan krävs därför kontroll av pålarna under installationen. Kontrollen utgörs oftast av stoppslagningsmätning, där man mäter pålens bärförmåga och hur den ökar med neddrivningsdjupet (Pålkommissionen, 1996). CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 17 Nedan beskrivs några olika påltyper som har analyserats i detta arbete. Inga detaljlösningar har studerats för hur infästningen mellan påle/pelare och hallens stålfot bör utformas. Några enkla förslag har dock getts. 7.2.1 Betongpålar Den vanligaste typen av pålar i Sverige är betongpålar. Dessa är förtillverkade i fabrik där pålarnas dimension är standardiserad i olika klasser. Pålarna tillverkas inomhus och längderna varierar mellan 3 till 13 meter. Tvärsnittet på pålarna är vanligen kvadratiskt, se Figur 7.1, men det finns andra typer, exempelvis runda och åttakantiga (Pålkommissionen, 1996). Figur 7.1 Betongpålar med bergsko (www.hercules.se) Betongpålarna finns i tre standardklasser, SP1, SP2 och SP3. SP1 har ett kvadratiskt tvärsnitt med sidan 235 mm och tar i brottgränstillstånd maximalt en lasteffekt på 550 kN. Både SP2 och SP3 har ett kvadratiskt tvärsnitt med sidan 270 mm och tar maximalt 750 kN i brottgränstillstånd. Dessa värden är dimensionerande för lastkapaciteten när platskontroll inte kan utföras. Skarvning utförs med standardiserade delar som har tillräcklig styvhet och klarar att överföra laster och moment som uppstår både vid installationen och brukandet (Pålkommissionen, 1996). Vid installation av pålarna används ofta en hydraulisk fallviktshejare. Fallviktshöjden anpassas efter pålens neddrivningsmotstånd. För att installera betongpålarna krävs det att jordförhållandena är noga undersökta. Det är även viktigt att jorden inte innehåller block som kan skada pålen då den slås ner i marken. Det finns många fördelar med betongpålar. De är billiga i förhållande till många andra pålsorter, de är lätta att få tag i och metoden med betongpålar är en mycket beprövad metod med omfattande forskning. Dessutom har betongpålar stor mantelfriktion och kan därmed användas både som mantelbärande och spetsbärande. Ytterligare fördelar är att betongpålen kan användas både som friktions- och kohesionspåle samt ta upp både tryck- och dragbelastningar. Vanligtvis brukar inte betongpåle rekommenderas som dragförankring då eventuell sprickbildning skulle kunna medföra avrostning. I detta fall står hallen uppförd under så pass kort tid att avrostning inte behöver tas hänsyn till. En annan fördel med betongpålning under monteringshallen är att huset som skall byggas innanför antagligen också grundläggs med betongpålar, om extra förstärkningsåtgärder krävs för markförhållandet. Detta medför att utrustning redan finns på plats och man kan bortse från etableringskostnad. Det finns dock inte bara fördelar med betongpålar. En nackdel är att det krävs en stor maskin vid installationen som i vissa områden kan vara svår att framföra. En annan nackdel är att installationen av pålarna sker genom nedslagning. Installation genom slagning kan orsaka skadliga vibrationer och massuppträngning. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 18 7.2.2 Stålpålar Stålpålar finns i olika storlekar och fabrikat. En vanligt förekommande typ är Rautaruukki-pålar (RR-pålar) som utvecklats i Finland. RR-pålar är en typ av stålpåle som installeras genom tryckning eller slagning. Systemet är typgodkänt i Sverige och Finland och består av stålrör, hylsskarvar, pålspetsar och topplattor. RR-pålarna används för att grundlägga olika typer av byggnader och anläggningar. Pålarna finns i en mängd olika storlekar och kan skarvas så att lasterna kan föras ner till jorden på ett lämpligt sätt. Den minsta påltypen har en bärförmåga runt 100 kN och den största runt 1500 kN (Rautaruukki, 2004). En fördel med RR-pålar är att de som ovan nämnts är lätta att skarva. Stålpålen är ihålig vilket medför att eventuell kontroll av pålens rakhet är enkel att utföra. I och med att pålen är ihålig kan den fyllas med betong och på så sätt ges ökad lastkapacitet. Installationen kan ske både genom slagning och genom borrning. Det sistnämnda medför mindre vibrationer som kan vara skadliga för omgivningen. Installationen ger också mindre jordundanträngning då pålarna har liten diameter i jämförelse med exempelvis betongpålar. Ytterligare en fördel är att installationen utförs med en relativt liten maskin, se Figur 7.2, vilket medför att den kan användas på platser med liten yta. RR-pålar har dock dålig friktion längs manteln samtidigt som mantelarean är relativt liten vilket medför att pålen fungerar bäst som spetsbärande påle. Figur 7.2 Nedslagning av RR-pålar (www.hercules.se) 7.2.3 Injekteringspåle Ischebeck Titanpåle kan användas som förankringsstag, jordspik eller som en påle som kan ta både tryck- och dragbelastningar. Titanpålen slås inte ner i marken som många andra sorters pålar gör utan staget fungerar som ett borrstål med en borrkärna längst fram. Härmed borras staget ner genom berget eller jorden istället för att slås. Samtidigt som staget borras ner genom jordmaterialet injekteras en cementsuspension genom staget. Denna suspension fungerar som en spolarvätska under borrningen men bildar även en cementkropp omkring borrstålet. Cementkroppen har som uppgift att föra över lasten till omgivande jord samt utgöra ett korrosionsskydd för stålet, se Figur 7.3. I detta fall kommer monteringshallen endast vara i bruk under sex månader vilket gör att ingen hänsyn behöver tas till korrosionsskydd (De neef, 2004). CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 19 Figur 7.3 Skiss över TITAN-påle (De neef, 2004) En stor fördel är att borrning och injektering sker samtidigt vilket medför att installationen går fortare än med mer traditionella metoder. En annan fördel är att omgivningen inte blir påverkad av installation genom borrning. Ytterligare en fördel är att borrade injekteringspålar inte utsätts för lika stora påfrestningar när pålen installeras som slagna pålar utsätts för. Titanborrstålet är dessutom ihåligt vilket medför enkel kontroll av rakhet. Installationen utförs även här med en relativ liten maskin. I förhållande till betongpålar är detta en dyr grundläggningsmetod men den kan vara försvarbar på stora lerdjup samt i markförhållanden med sand. För projekten kan det även vara ekonomiskt då stagen används för att ta upp både tryck- och dragbelastningar. 7.3 Jordförstärkning Ofta innebär byggande på lös lera eller annat löst jordmaterial stora problem. Stora risker för både vertikala och horisontella deformationer föreligger. Med hjälp av in situ-metoder som kalkcementpelare och MDM-pelare, vilket innebär att man borrar och tillsätter material i marken för att skapa pelare på plats, kan jordens deformationsegenskaper förbättras avsevärt (www.hercules.se). 7.3.1 KC-pelare/ MDM-pelare Kalkcementpelare är en förstärkningsmetod som minskar sättningarna och ökar stabiliteten av jorden. Metoden används främst i lera men är lämplig också i andra lösa jordarter. Tillvägagångssättet för metoden är att ett blandningsverktyg roteras ner i jorden till avsett djup. Därefter roteras blandningsverktyget upp i motsatt riktning samtidigt som bindemedel blandas in i jorden. Kalkcementpelarna har vanligtvis en diameter på 0,6 eller 0,8 m och kan göras omkring 25 m långa. Pelarna kan sättas i valfritt mönster för att ge optimal verkan. Pelarna kan sitta singulärt, vilket är vanligt vid vägbyggnationer, eller installerade i varandra som ett block eller skivor. För jordförstärkning i samband med grundläggning av monteringshallarna klara dock inte KC-pelare de tryckbelastningarna som uppkommer i korttidsfallet. Pelarna CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 20 kommer framförallt krossas i ovankant, vilket leder till för stora deformationer. Hercules Grundläggning AB har vidareutvecklat kalkcementpelare till en ny metod som kallas MDM (Modified Dry Mixing). Denna metod ger en betydligt högre hållfasthet hos pelarna. Metoden skiljer sig en aning från den traditionella kalkcementpelarmetoden. I MDM-metoden blandas vatten in, och pelaren får en mer homogen struktur och kan utföras även ovan grundvattenytan. Pelare kan härmed utföras ända upp till markytan. Mängden bindemedel kan varieras för att anpassas till olika jordlager och även olika jordlagerföljder (Dannewitz, 2006). Metoden passar bra för att ta upp stora punktlaster, vilket är fallet med monteringshallen. Figur 7.4a visar hur inblandningsverktyget borras ner i marken vid tillverkning av MDM-pelare. Figur 7.4b visar hur homogena och robusta pelarna blir i marken efter att de har brunnit och uppnått sin hållfasthet. a) Tillverkning av MDM-pelare b) Uppgrävning av MDM-pelare Figur 7.4 MDM-pelare (www.hercules.se) Fördelarna med metoden är att den kan anpassas till olika markförhållanden. Metoden är också miljövänlig i avseende på buller. MDM-pelare kan också ta dragkrafter om de förses med stag som greppar i pelarmaterialet (Eriksson, www.hercules.se). Vidare överförs dragkrafterna till pelarens stora mantelarea, se vidare kapitel 8.2.3. Detta kan medföra ekonomiska fördelar vid grundläggning av monteringshallarna då förankringen gärna får kombineras med grundläggningsåtgärden. För att MDM-pelare skall vara ekonomiskt försvarbart för grundläggning av monteringshallen, då etableringskostnaden är hög, bör även huset grundläggas på MDM-pelare. Då samma maskin används för KC-pelare kan MDM-pelare rekommenderas för monteringshallen även om förslagsvis en parkering eller väg i närheten grundläggs på KC-pelare. Metoden kräver dock att markförhållandena är noga utvärderade. Gamla ledningar och pålar kan ställa till med stora problem vid installationen. Även block, stora stenar samt stubbar försvårar installationen. Metoden kräver en noggrann utvärdering och kontroll, därför bör aktiv design tillämpas. Vid grundläggning på MDM-pelare utförs i nuläget alltid uppdragning av en viss procent av pelarna. Även kärnprover tas på de härdade MDM-pelarna (Dannewitz, 2006). CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 21 Denna studie behandlar endast fiktiva fall av olika markförhållanden vilket gör att det är svårt att precisera vilka egenskaper pelarna bör ha. Egenskaperna bör studeras i fält och provpelare skall installeras i området. Efter att en provpelare har utvärderats kan en mer noggrann utförandebeskrivning tas fram. Detta för att erhålla pelare med acceptabel homogenitet och hållfasthet. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 22 8 Förankringsmetoder I tidigare projekt med monteringshallar har den vertikala förankringen satts enligt Figur 8.1. I denna rapport kommer vald vertikal förankring att placeras under samma stödben som hos tidigare fall. Ofta krävs även sidoförankringar för byggnader av denna typ. Denna hall anses dock vara så stabil i sidled att inga sidoförankringar behövs (Fooladi, 2006). För förankringsåtgärder som även kan ta hand om tryckbelastningar kommer eventuell omplacering av förankring att diskuteras, se kapitel 11.3. Figur 8.1 Placering av vertikal förankring 8.1 Bergförankring Injekterad bergförankring är idag en etablerad teknik för att förankra både temporära och permanenta konstruktioner. Bergstagen utförs i princip på samma sätt oberoende av vilket sorts stag som används. Den injekterade förankringen utförs genom att ett foderrör borras ner till berg. Ett borrhål borras därefter ca 3-7 m i berget. Efter att borrhålet har rengjorts från borrkax förs staget ner genom foderröret till botten av bergborrhålet. Hålet fylls med cementbruk och foderröret dras upp. Förankringen provdras när cementbruket har härdat vilket brukar inträffa efter 7-10 dygn (Handbok Bygg, 1984). För projektet är bergförankring en relativ enkel åtgärd vid de markförhållanden där berget inte ligger alltför långt ner. På mycket små djup kan det vara det enda alternativet då tillräcklig mantelfriktion inte uppnås för andra alternativ. Vid grundläggning på stålfot eller plåt borde en enkel infästning mellan bergförankring och grundläggningsåtgärd gå att utföra med hjälp av befintliga hål i stålfot eller borrade hål i plåt. De stag som tas upp i denna rapport består av ett antal vajrar i ett knippe. Fördelar med vajrar är att de är enkla att installera och att längden är flexibel. Ytterligare en fördel är att det egentligen inte finns någon begränsning på hur mycket dragkraft de kan ta upp då det bara är att öka antalet vajrar. Rapporten har tittat på tre olika sorters vajrar, DYWIDAG-linor, H20-linor samt SUPA-linor. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 23 8.2 Jordförankring Detta avsnitt tar upp två sorters jordförankring. Det första är förankring med kohesions- och friktionspålar. Här krävs att förankringsåtgärdens mantelarea är tillräckligt stor för att uppnå önskad mantelfriktion. Den andra jordförankringsmetoden är injekterad dragstagsförankring. Det finns många likheter mellan injekterad jordförankring och bergförankring. I vår nordiska region används t.ex. samma borrutrustning för jordstag som för bergstag, beroende på att jorden ofta innehåller block och sten (Handboken Bygg, 1984). Nedan ges några förslag på alternativ som skulle kunna fungera som dragförankring. 8.2.1 Betongpåle Betongpålar används, som tidigare nämnts, som tryckupptagande kohesions- och friktionpålar. Är monteringshallen grundlagd med betongpålar skulle detta medföra ett ekonomiskt fördelsaktigt alternativ om de samtidigt kunde ta hand om monteringshallens dragbelastningar. Pålmaterialets dimensionerande lyftkraftsförmåga har i brottstadie satts till 200 kN per påle för standardklass SP1 (Dannewitz, 2007). 8.2.2 HEA-balk En enkel förankringsmetod är att använda t.ex. HEA-balkar som kohesions- och friktionsstag. Infästning i stålfot eller plåt borde gå att lösa med svetsning mellan balk och stålfot/plåt. För detta projekt är fördelarna med HEA-balkar att de kan dras upp efter användning och därmed återanvändas i kommande projekt. Dessa balkar kan hyras av Hercules Grundläggning AB (Falk, 2007). 8.2.3 GEWI-stag i MDM-pelare Ett enkelt sätt att ta hand om dragbelastningar då man har använder sig av MDM- pelare är att sticka ner en armeringstång, GEWI-stag, i pelaren, se Figur 8.3. Detta måste göras precis efter installationen, innan blandningen har hunnit brinna. Nedstickningen utförs med maskinen som installerar MDM-pelarna (Dannewitz, 2007). Förankringen fungerar som injekterad förankring och förankringslängden i pelarna beräknas som vid injekterad bergförankring. Detta är ett ekonomiskt och enkelt sätt att ta upp dragkrafterna då grundläggning med MDM-pelare är aktuellt. Figur 8.2 Figuren visar hur ett GEWI-stag är nedstucket i en uppdragen MDM- pelare (www.hercules.se) CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 24 8.2.4 TITAN-stag Ett injekterat förankringstag som studerats närmare på i rapporten är Ischebecks TITAN-stag. Staget har även kontrollerats som grundläggningsåtgärd tidigare i rapporten. Användning av injekterat stag vid förankring fungerar på samma sätt som vid injekterad pålning, som beskrivits i kapitel 7.2.3. Även fördelarna är de samma som vid injekterad pålning. Denna metod är relativt dyr för förankring av en temporär monteringshall men kan vara ett kostnadseffektivt alternativ då stora djup gör andra förankringsalternativ dyra eller som en samverkansåtgärd för att ta upp både tryck- och dragbelastningar. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 25 9 Jordmekanik 9.1 Sättningar I sättningsberäkningar har förstärkningsåtgärder dimensionerats efter det lastfall som benämns långtidslast. Konsolideringssättningarna som utvecklas under de sex månader, som hallen förväntas vara uppställd, har beräknats. Sättningar har beräknats under de bredvidstående par stödben som har störst lastdifferens mellan sig, dels på kortsidan och dels på långsidan. För denna monteringshall blir det sättningsdifferensen på stödben A1 och A2 på kortsidan samt stödben C1 och D1 på hallens långsida som jämförs. Kravet på hur stor sättningsdifferensen får vara mellan monteringshallens stödben är 20 mm. Storleken på detta krav har som tidigare nämnts satts med hänsyn till traversens körförmåga. Rapporten har bortsett från eventuella sättningar orsakade av korttidslaster då dessa förväntas verka under så kort tid att endast elastiska deformationer föreligger. I sättningsberäkningarna har långtidslasten använts eftersom denna betraktas som sättningsgivande. För att utföra en dimensionering av en geokonstruktion måste man känna till hur spänningarna i jorden är fördelade. Detta är viktigt både före och efter påförandet av laster på en platta på mark. En spänningsökning i jorden leder till deformationer. Närmemetoden 2:1 har använts i samtliga sättningsberäkningar som beskrivs i rapporten. I denna metod antas att lasten sprider ut sig med lutningen 2:1 i studier av vertikala tillskottspänningar. Då en utbredd last verkar på ytan b x l sprids lasten så att det på djupet z är ett vertikalt spänningstillskott enligt ekvation 9.1(Sällfors, 2001). )1)(1( l z b z q Z ++ =Δσ (9.1) Metoden anses ge en god bild över tillskottspänningarna och ligger på den säkra sidan för beräkningar där jordmäktigheten är stor. Då jorddjupet är litet bör inte denna metod användas för att den underskattar tillskottspänningen då z är mindre än fundamentbredden. Inga sättningsberäkningar har utförts på markförhållanden med mäktighet på 50 meter. Tillskottsspänningen på 10 meters djup är så liten att sättningsberäkningar för markförhållanden med djup på 10 meter även har antagits gälla för markförhållanden med 50 meters djup. Eftersom det är ett avstånd på 6 meter mellan hallens pelare har spänningsökningen till följd av närliggande fundament granskats. Mitt under pelaren blir detta tillskott så litet att ingen hänsyn bör tas till detta i beräkningarna. Nedan beskrivs hur sättningarna har beräknats i kohesions- respektive friktionsjord. Ett sammandrag av resultaten redovisas i kapitel 10.1. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 26 Kohesionsjord Efter att ett spänningsdiagram skapats ritas förkonsolideringstrycket, σ’c, och gränstrycket, σ’L, in i diagrammet. Sedan har en lämpig skiktfördelning gjorts. Därefter beräknas totalsättningen enligt ekvation 9.2. Ekvationen för sättningen består av tre delar som beror på effektivspänningens storlek och modulerna, M0, ML och M´. ( )∑ ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅−Δ++⋅+ − + − ⋅= L L L LC M M MMM h ' '' 0' ' 0 ' 0 ' 0 ' 1ln1 σσσ σσσσ δ (9.2) I jordar med låg permeabilitet blir sättningsförloppet utdraget i tiden och sättningar vid en viss tidpunkt beräknas med hjälp av en tidsfaktor, Tv, som beror av tiden, t, och dräneringshöjden, h. 2h tCT VV ⋅= (9.3) Konsolideringskoefficienten, Cv, beräknas enligt nedan W Lv V Mk C γ ⋅ = (9.4) Ur ett diagram erhålls, utifrån tidsfaktorn, medelkonsolideringsgraden, Uv, för beräknad tidpunkt. Detta värde multipliceras med beräknad tidsberoende sättning. Därefter summeras den tidsberoende sättningen med den momentana sättningen för att få slutsättningen efter beräknad tidpunkt, i dessa fall efter sex månader (Sällfors, 2001). Friktionsjord Sättningar i silten och den grusiga sanden utbildas momentant. Vid sättningsberäkning har ett spänningsdiagram skapats. I friktionsjord beräknas sättningen genom att medeltillskottsspänningen utvärderas för varje enskilt skikt. Därefter summeras varje skikts sättning enligt ekvation 9.5 (Sällfors, 2001). ∑ Δ ⋅= E h σδ (9.5 ) Sättningsberäkningar för monteringshallen kan följas i bilaga 4. 9.2 Bärighet När en grundplatta utsätts för en vertikalbelastning av tillräcklig storlek kommer jorden under plattan att gå till ett brottgränstillstånd. Vilken typ av brott som inträffar i jorden beror på lagringstätheten samt grundplattans relativa grundläggningsdjup. Oftast uppstår det ett skjuvbrott. I detta avsnitt beskrivs hur bärigheten har beräknats för de olika bärighetsmetoderna. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 27 9.2.1 Lastspridande plåt Det grundtryck vid vilket de allmänna skjuvbrottet inträffar kan beräknas med den allmänna bärighetsekvationen. Den allmänna bärighetsekvationen baseras på Prandtls ursprungliga bärighetsformel. Bärighetsekvationen har sedan dess försetts med en rad olika korrektionsfaktorer som används då exempelvis excentrisk last förekommer eller då underliggande markyta lutar. Bärighetsformeln (9.6) är generell och tillämpbar för kohesions- och friktionsjordar. γγ ξγξξ NbqqNcNq efqccb ´5,0++= (9.6) Ekvationens första term avser bidraget från jordens kohesion c. Den andra termen avser bidraget av överlagringstrycket på grundläggningsnivån och den tredje är bidraget från jordens tunghet där brottet sker. I termerna finns bärighetsfaktorer Nx och korrektionsfaktorer ξx som beaktar avvikelser från grundfallet (Bergdahl, 1993). I beräkningar inom denna rapport kommer ingen korrektion göras med hänsyn till excentrisk last, lutande last eller om marken lutar. Det sistnämnda får korrigeras för enskild byggplats. I dessa beräkningar har korrigering gjorts med hänsyn till fundamentform då den allmänna bärighetsekvationen i sin grundform enbart gäller för långsträckta fundament. Nedan beskrivs beräkningsgången vid beräkning av bärighet med lastspridande plåtar för kohesion- och friktionsjordar. Kohesionsjord För de markförhållanden där lera överlagras av en meter torrskorpelera har bärighetsberäkningar gjorts med två olika metoder. Båda metoderna tar hänsyn till att leran överlagras med ett starkare material. I den första metoden har hänsyn tagits till att en stansning sker genom den överliggande torrskorpeleran. Den andra metoden tar hänsyn till att det sker en lastspridning ner till den underlagrande leran med 2:1- metoden (Bergdahl, 1993). I metoden då stansning föreligger beräknas bärigheten enligt ekvation 9.7. Endast kohesionsdelen tas med i formeln eftersom överlagringstrycket på grundläggningsnivån är noll. ccub Nkcq ξ011= (9.7) koefficienten, 1k , beräknas enligt ekvation 9.8. 0,1; )(2 1 1 2 01 <+ + = ks c c Nlb lbh k c u u cefef efef (9.8) 21 , uu cc är lerornas odränerade skjuvhållfastheter där 1uc är skjuvhållfastheten för den fastare leran. Avståndet mellan underkant fundament till överkant på den lösare leran betecknas h i formeln ovan. Bärighetsfaktorn, 0 cN , är i odränerat tillstånd lika med CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 28 2+π . Eftersom hänsyn endast tas till inverkan av fundamentets form är korrektionsfaktorn cξ lika med formfaktorn, cs , som beräknas med formeln (9.9) ef ef c l b s 2,01+= (9.9) I den andra metoden, som tar hänsyn till att lastspridning sker genom den fastare leran, beräknas bärförmågan med nedanstående formel. ccub Nkcq ξ021= (9.10) där 2k beräknas enligt nedan )1)(1( 1 2 2 efefu u l h b h c c k ++= (9.11) Ingående parametrar i denna beräkning är de samma som använts i metoden med stansning. Friktionsjord I den grusiga sanden och silten bidrar endast jordens tunghet till bärigheten. Detta beror på att jorden saknar kohesion och att plattan läggs direkt på mark. Värdet på tungheten är medelvärdet av jordens tunghet i området där brottet förväntas ske. Bärigheten beräknas enligt ekvation 9.12. γγ ξγ Nbq efb ´5,0= (9.12) Koefficienten , γN , har följande matematiska utseende ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ − − + = 1 sin1 sin1)( )tan 2 3 ( φ π γ φ φφ eFN (9.13) Funktionen )(φF beräknas enligt ekvation 9.14. φφφ 2sin04836,02sin3231,008705,0)( 2−+=F (9.14) Eftersom hänsyn endast tas till inverkan av fundamentets form är korrektionsfaktorn γξ lika med formfaktorn, λs , som beräknas med formeln nedan ef ef l b s 4,01−=λ (9.15) Bärighetsberäkningarna för de enkla åtgärderna med lastspridande plåt kan följas i bilaga 5. Resultaten redovisas i kapitel 10.2.1. Bärighetsberäkningen har även kontrollerats med ett Excel-program, Plattdim 3.1, som NCC har tillhandahållit. God CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 29 överensstämmelse har visats mellan handberäkningarna och programberäkningarna både vad det gäller beräkningar i friktionsjord och kohesionsjord. 9.2.2 Betongpålar Den geotekniska bärförmågan för betongpålar beräknas på olika sätt beroende på om det är en kohesionsjord eller en friktionsjord där pålen skall installeras. Är det en mindre mäktighet på jordmaterialet än vad som krävs för att en påle ska bli mantelbärande blir pålen spetsbärande och pålens konstruktiva bärförmåga kontrolleras. Installation av pålar kan utföras med en precision på ca 100 mm. Under varje pelarfot erfordras därför minst två pålar för att undvika oönskade momentbelastningar i hallkonstruktionen (Fooladi, 2006). Betongpålar i kohesionsjord Vid pålning störs leran men med en normalkonsoliderad lera återfås hållfastheten. I en kohesionsjord baseras beräkningarna på ett medelvärde av den karakteristiska skjuvhållfastheten mellan de knäckningsnoder där den sämsta skjuvhållfastheten anträffas (Bergström, 2006). För en SP1-påle är det fem meter mellan knäckingsnoderna. Den sämsta skjuvhållfastheten anträffas under torrskorpeleran. I lera har inte pålens spetsbärförmågebidrag tagits med i beräkningarna för att beräkningarna ska vara på den säkra sidan. Den geotekniska bärförmågan, R, för betongpålarna fås fram genom att mantelarean, Am, multipliceras med mantelbärförmågan fm (Holm, Olsson, 1993). mmk AfR = (9.16) där mantelbärförmågan beräknas enligt följande um cf ⋅=α (9.17) där α-värdet är 1 för betongpålarna då det läggs på reducerad skjuvhållasthet. Dimensionerande bärförmåga fås därefter genom att partialkoefficienter läggs på den karakteristiska bärförmågan enligt nedan: nmm mk Rd d R R γγγ ⋅ ⋅= 1 (9.18) För betongpelare sätts γRd till 1,7 och γmm brukar antas ha ett värde mellan 1,3-1,6. Här har γmm satts till 1,45 (Holm, Olsson, 1993). Betongpålar i friktionsjord Beräkningen av den geotekniska bärförmågan för betongpålar i en friktionsjord följer beräkningsgången för som finns beskriven i boken Pålgrundläggning från Statens geotekniska institut. För pålar i friktionsjord bestäms den geotekniska bärförmågan som summan av spetsbärförmåga och mantelbärförmåga, enligt ekvation nedan (Meyerhof, 1976) CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 30 ssmm AfAfR += (9.19) Mantelbärförmågan fm beror av medelvärdet av effektivspänningen utmed mantelytan, tangens utav friktionsvinkeln och jordtryckskoefficienten Km. Mantelbärförmågan räknas ut på med ekvation 9.20. mmm Kf ´tan σϕ ⋅⋅= (9.20) Spetsbärförmågan fs beror av det effektiva överlagringstrycket på pelarens spetsnivå samt en bärförmågefaktor Nq. Bärförmågefaktorn utläses ur diagram (Meyerhof, 1976). Spetsbärförmågan räknas ut på följande sätt. osqs Nf ´σ⋅= (9.21) När mantel- och spetsbärförmågan har beräknats multipliceras de med respektive area och adderas, detta ger den totala geotekniska bärförmågan för pålarna. Dimensionerande bärförmåga har beräknats enligt ekvation 9.22. Beräkningarna har utförts så att den erforderliga längden hos pålarna fås fram. ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ +⋅= ms sk mm mk Rd d RR R γγγ 1 (9.22) För friktionsjord sätts γRd och γmm till samma värde som för kohesionsjord. γms väljs vanligtvis mellan 1,1-1,3 och har i denna utredning valts till 1,2 (Holm, Olsson, 1993). Ovanstående pålberäkningar för monteringshallen finns att tillgå i bilaga 6. 9.2.3 Stålpålar Stålpålarna har antagits spetsbärande eftersom stålpålens dimension medför liten mantelarea. Tre olika dimensioner av RR-pålar har kontrollerats och har därefter utvärderats för att finna den mest kostnadseffektiva. I beräkningar har minst två pålar använts, se betongpålar ovan. Antal pålar under varje stödben finns utvärderat i bilaga 7. Stålpålens lastkapacitet fås ur RR-pålningsmanual (Rautaruukki, 2004). I de beräkningar som tabellen baseras på har en avrostning på 1,2 mm antagits. I fallet med monteringshallarna skall pålarna endast vara verksamma i sex månader och ingen hänsyn behöver tas till avrostning. Lastkapaciteten har även kontrollberäknats med ett datorprogram, Micropile 1.11 (Bredenberg Teknik), för att bortse från avrostning. Som väntat blev lastkapaciteten något högre enligt beräkningar i Micropile vilket betyder att lastkapaciteten är på den säkra sidan. 9.2.4 Injekteringspålar Dimensionering av titanpåle har gjorts enligt dimensioneringsguide 3 från Ischebeck TITAN (De neef, 2004). Dimensioneringen har genomförts på konventionellt sätt med totalsäkerhetsfaktor. Lämplig stagdimension har valts så att tillåten lastkapacitet med hänsyn till stagmaterial inte överskrid. Beroende på stagets dimension varierar stagets lastkapacitet. Antal stag väljs så att lastkapaciteten är större än den dimensionerande CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 31 lasten. Därefter har en gränsmantelfriktion, qs för aktuell jordart bestämts med hjälp empiriska värden, sonderingsresultat och karakteristiska hållfasthetsvärden. Därefter väljs lämplig borrkrona, lerborrkrona för lera och silt eller kryssborrkärna för sand. Borrkronediameter bestäms utefter aktuell stagdimension. Ett förhållande mellan cementkroppens diameter och borrkronas diameter, K1 antas. Överslagsmässigt sätts förhållandet K1 till 1,2 för lera och 2,0 för sand. För silt har antagits att K1 är 1,6, ett medelvärde mellan lera och sand. Därefter har dimensionerande mantelmotstånd beräknats enligt ekvation 9.23. tot s d dKq γ π μ ⋅⋅⋅ = 1 (9.23) Totalsäkerhetsfaktorn, γtot, har i detta fall satts till 1,3 då monteringshallen är en temporär byggnad. Genom att dividera dimensionerande last med dimensionerande mantelmotstånd fås erforderlig förankringslängd, Lför. Till sist har injekteringsstålets längd bestämts enligt Figur 9.1. Längden på foderröret har bestämts till Lför + 1,0 m. Att det har lagts till en meter beror på att man vanligtvis inte injekterar ända upp då injektering försvåras på marknivå genom att det inte hamnar i jorden utan i luften. I bilaga 8 kan ovan beräkningsgång följas för pålning med TITAN-påle för monteringshallen. Figur 9.1 TITAN-påle I lösa jordarter, framförallt i lösa leror, gyttja och löst lagrad silt, där jordens sidostöd mot pålen inte är tillräckligt kan dock pålens knäcklast bli dimensionerande. Tidigare har man antagit att om jordlagrets tjocklek är mycket mindre än pålens knäcklängd blir knäcklasten inte dimensionerande. I kommande europanorm för mikropålar (nu prEN 14199) står dock att knäcklast skall kontrolleras om den karakteristiska odränerade skjuvhållfastheten är mindre än 15 kPa (De neef, 2004). I det fiktiva fallet med lera är lerans skjuvhållfasthet 10 kPa vilket får till följd att lastkapaciteten med avseende på knäckning bör kontrolleras för detta markförhållande. Lastkapacitet med hänsyn till knäckning fås ur Ischebecks TITAN-stag och påle dimensioneringsguide 2 (De neef, 2000). I dimensioneringsguidenhar det antagits att cementen inuti borrstålet samt 1/3 av det yttre cementskiktet bidrar till pålens böjstyvhet, vilket är ett vanligt antagande i Sverige. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 32 9.2.5 MDM-pelare Normalt sätts MDM-pelare i ett speciellt mönster eller i skivor under en vägbank, men i detta fall krävs det ett block för att klara de koncentrerade laster som skall föras ner till marken. Tester har visat att pelarnas tryckhållfasthet ligger på cirka 3 MPa. För att inte pelarna ska krossas kontrolleras att trycket inte överstiger 1 MPa för att vara på säkra sidan (Dannewitz 2006). För att uppnå tillräcklig stabilitet under pelarfoten installeras pelarna i ett block. Eftersom att det är svårt att installera pelarna med god precision är det bättre att vara på den säkra sidan och använda flera pelare med kortare längd. Beräkningen utförs för ett block med 10 pelare med diameter 0,6 m under pelarfoten. Då pelarna är kant i kant med varandra, har blocket i princip lika stor tvärsnittsarea som pelarens stålfot, se Figur 9.2. Figur 9.2 Exempel på MDM-pelare installerade som ett block (www.hercules.se) Detta betyder att lasten kan fördelas mellan pelarna i blocket på ett effektivt sätt. Om pelarna är kant i kant med varandra vid markytan, betyder det att de på djupet kommer överlappa varandra. Detta eftersom att inblandningsverktyget under inblandningen kan glida in en bit i de närliggande pelarna, speciellt när inblandningsverktyget är utskjutet på ett stort djup. Bindemedlets inblandningsmängd är runt 200 kg per kubikmeterpelare och bör räcka för att uppnå tillräcklig hållfasthet (Dannewitz 2006). MDM-pelarna görs så långa att den geotekniska bärförmågan blir större än lasteffekten på de enskilda fötterna. Den geotekniska bärförmågan beräknas på samma sätt som för en betongpåle och följer därmed beräkningsgången som är beskriven i boken Pålgrundläggning från Statens geotekniska institut. Beräkningar kan följas i bilaga 9. MDM-pelare i kohesionsjord I en kohesionsjord baseras beräkningarna på ett medelvärde av den karakteristiska skjuvhållfastheten utmed pelarblocket. På grund av att munstycket som sprider bindemedlet sitter en bit upp på blandningsverktyget bildas en zon med störd oförstärkt jord vid spetsen. Spetsbärförmågan reduceras därför kraftigt och ger endast ett litet tillskott till den geotekniska bärförmågan (Dannewitz, 2006). CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 33 ssmm AfAfR += (9.24) Mantelbärförmågan beräknas enligt ekvation 9.17 där α-värdet för MDM-pelare är 0,7. Spetsbärförmågan beräknas enligt ekvation 9.25. ucs cNf = (9.25) Bärighetsfaktorn Nc har värdet 9 och den oreducerade skjuvhållfastheten på spetsnivån används. Totalsäkerhetsfaktorer används för att reducera spets- och mantelbärförmåga. Vid reducering av spetsbärförmågan används en totalsäkerhetsfaktor på 2, för spetsbärförmågan är denna totalsäkerhetsfaktor 10 (Dannewitz, 2006). Beräkningarna har utförts så att den erforderliga längden hos pelarblocket fåtts fram. MDM-pelare i friktionsjord För pelare i friktionsjord bestäms den geotekniska bärförmågan som summan av spetsbärförmåga och mantelbärförmåga, precis som för betongpålar i friktionsjord. Beräkning av pelarblockets bärförmåga följer beräkningsgången som finns beskriven för betongpålar i friktionsjord. När mantel- och spetsbärförmågan har beräknats multipliceras de med respektive area och adderas, vilket ger den totala geotekniska bärförmågan hos pelarna. För att reducera bärförmågan används samma totalsäkerhetsfaktorer som använts i beräkningen i kohesionsjord. Beräkningarna har utförts så att den erforderliga längden hos pelarblocket fåtts fram. 9.3 Förankring 9.3.1 Bergförankring Vid dimensionering av bergstagsförankringen krävs att man kontrollerar 4 olika brottsmekanismer (Handbok Bygg, 1984), se Figur 9.3. Dessa brottsmekanismer är följande: a) Brott i bergmassan b) Vidhäftningsbrott mellan injekteringsbruk och borrhål c) Vidhäftningsbrott mellan injekteringsbruk och förankringsstål d) Brott i förankringsstål CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 34 Figur 9.3 Brottsmekanismer vid bergförankring (Handboken Bygg, 1984) Dimensionering av bergförankring har gjorts med totalsäkerhetsfaktormetoden. Brott i bergmassan har beräknats efter antagande att den bergvolym som dras loss motsvarar en kon med toppvinkeln 45° där stagänden befinner sig i konens spets. För att vara på den säkra sidan brukar bergets friktion och kohesion försummas vilket även har gjorts i denna rapport. Den ovanliggande jordmassans tyngd verkar också mothållande. I rapporten har medverkande jordvolym beräknats som en cylinder från bergnivå upp till markyta med bergkonens radie (Christiansson, 2007). Beräkningar utförs vanligtvis med en säkerhetsfaktor på 2 á 3. Beräkningar har visat att med en säkerhetsfaktor på 2,5 uppkommer inget brott i bergmassa, se bilaga 10. Vidhäftningsbrott mellan injekteringsbruk och borrhålets mantelyta beräknas överslagsmässigt enligt ekvation 9.27. cLdFbrott ⋅⋅⋅= π (9.27) där brottvidhäftningsspänningen, c, antas konstant. I Mälardalen har antagits att granit är den mest förekommande bergarten med en brottvidhäftningsspänning på ca 3,5 MPa. Bergborrsdiametern, d, har valts så att täckande betongskikt blir minst 5-10 mm. Vidhäftningsbrottet dimensionerar ofta ingjutningslängden, L. Med dimensionerande draglast för monteringshallen och en säkerhetsfaktor på 2,5 har ingjutningslängden beräknats till drygt 1,5 m (se bilaga 10). Förankringslängden väljs dock till minimumlängden 3 m. Samma princip gäller för vidhäftningsbrott mellan cementbruk och förankringsstål. Tryckhållfastheten hos injekteringsbruket har satts till 20 MPa och beräkningar har utförts med en säkerhetsfaktor på 1,75 (säkerhetsfaktorn brukar väljas till 1,5 á 2). Inte heller denna brottsmekanism blir dimensionerande. Den sista brottsmekanism som skall kontrolleras är brott i förankringsstålet. Detta görs genom att beräkna det antal stag som krävs för att ta upp dimensionerande last. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 35 9.3.2 Jordförankring 9.3.2.1 Betongpåle Vid användning av betongpåle som dragförankring måste hänsyn tas till både pålmaterialets dimensionerande draglastkapacitet samt den geotekniska lyftkraftsförmågan d.v.s. pålens motstånd mot uppdragning. Mantelmotståndet har visat sig vara mindre vid dragbelastning än vid tryckbelastning. Detta medför att den geotekniska lyftkraftsförmågan beräknas som 80 procent av mantelbärförmågan, se ekvation 9.28a för kohesionsjord, samt 67 procent för friktionsjord enligt ekvation 9.28b (Holm, Olsson, 1993). mddm RDR ⋅= 8,0 (9.28a) ddm RDR ⋅= 67,0 (9.28b) Spetsförmågan tas naturligtvis inte med i den geotekniska lyftkraftsförmågan för friktionsjord. 9.3.2.2 HEA-balk Vid användning av HEA-balkar krävs att mantelfriktionen är större än dimensionerande last. För att dimensionera HEA-balkar beräknas tillräcklig storlek på mantelarea för att uppnå erfoderlig mantelfriktion. 9.3.2.3 GEWI-stag i MDM-pelare Vid förankring med GEWI-stag i MDM-pelare utförs beräkningen på samma sätt som för bergförankring. Vidhäftningsspänningen mellan jord och pelare har enligt tidigare erfarenhet valts till ca 35 kPa (Dannewitz 2007) 9.3.2.4 TITAN-stag Dimensionering av jordförankring med TITAN-stag utförs på samma sätt som för bärighet med TITAN-påle enligt kapitel 9.2.4. Lämplig stagdimension har valts så att tillåten lastkapacitet med hänsyn till stagmaterial vid dragstagsförankring inte överskrids. (De neef, 2000, tabell 5). CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 36 10 Resultat 10.1 Sättningar Nedan redovisas resultaten från sättningsberäkningarna i korthet, uppdelat för de olika markförhållanden som har studerats. I tabellerna redovisas endast vilka metoder som uppfyller respektive inte uppfyller differenssättningskravet. Som tidigare nämnts gäller sättningsberäkningar för markförhållande på 10 meters djup även för markförhållanden om 50 meters djup. För vidare information om sättningarna storlek hänvisas läsaren till bilaga 4. 10.1.1 Lera Enligt beräkningar på de geotekniska förhållandena med fem meter lera uppfylls sättningskravet med stålfot, både på hallens lång- och kortsida, se tabell 10.1. På 10 meter lera uppfylls sättningskravet på hallens långsida med stålfot. För att klara sättningskravet mellan pelare A1 och A2, krävs det att en enkel plåt läggs under stålfoten för att öka lastspridningen. Tabell 10.1 Sammanställning av resultat för stålfot och plåtar på lera Lera 5 m Stålfot Enkel plåt Dubbel plåt Långsida OK OK OK Kortsida OK OK OK Lera 10 m, 50 m Stålfot Enkel plåt Dubbel plåt Långsida OK OK OK Kortsida – OK OK I beräkningarna har det antagits att hallen är uppförd under en begränsad period. Det finns dock omständigheter som skulle kunna medföra att hallen kommer stå uppe både kortare och längre tid t.ex. vid längre produktionsstopp. Sättningsberäkningar på tio meter lera har därför även utförts på fall om tre, nio och tolv månader för att få en uppfattning om huruvida sättningskravet uppfylls med tiden. I Figur 10.1 visas ett diagram med tidssättningarna för pelare C1 och D1 under tre, sex, nio och tolv månader. Härur fås att sättningskravet på 20 mm uppfylls även under de andra tidsrymderna. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 37 Tidssättningar 0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060 0,070 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Tid (månader) Sä ttn in g (m ) Sättning C1 Sättnig D1 Figur 10.1 Diagram över differenssättningar mellan stödben C1 och D1 under tre, sex, nio och tolv månader 10.1.2 Silt Beräkningarna visar att ingen ytterligare förstärkning än ordinarie stålfötter krävs för att uppfylla sättningskravet på 20 mm differenssättning varken på 5, 10 eller 50 meters djup, se Tabell 10.2. Tabell 10.2 Sammanställning av resultat för stålfot och plåtar på silt Silt 5 m Stålfot Enkel plåt Dubbel plåt Långsida OK OK OK Kortsida OK OK OK Silt 10 m, 50 m Stålfot Enkel plåt Dubbel plåt Långsida OK OK OK Kortsida OK OK OK 10.1.3 Grusig Sand Beräkningarna visar att ingen ytterligare förstärkning än ordinarie stålfötter krävs för att uppfylla sättningskravet på 20 mm differenssättning varken för markförhållanden på 5, 10 eller 50 meters djup, se Tabell 10.3. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 38 Tabell 10.3 Sammanställning av resultat för stålfot och plåtar på grusig sand Gr sand 5 m Stålfot Enkel plåt Dubbel plåt Långsida OK OK OK Kortsida OK OK OK Gr sand 10 m, 50 m Stålfot Enkel plåt Dubbel plåt Långsida OK OK OK Kortsida OK OK OK 10.2 Bärighet 10.2.1 Lastspridande plåt Nedan redovisas resultaten från bärighetsberäkningar med plattgrundläggning. Där bärighetskravet har uppfyllts med stålfot eller någon dimension av plåt har det antagits att denna åtgärd kommer att användas. Detta antagande görs då detta är en billig samt mycket enkel åtgärd att utföra. Vilken åtgärd som ska användas vid de pelare som inte klarar bärigheten med plattgrundläggning utvärderas längre fram i rapporten. Känslighetsanalys har utförts på de geotekniska förhållanden för att se vid vilka gränsvärden på hållfasthetsparametrar och vid vilken grundvattennivå som samtliga förhållanden klara bärighetskravet med enbart lastspridande plåtar. Resultat från analysen redovisas under vardera förhållande. Lera Enligt beräkningarna i bilaga 5 krävs det extra åtgärder vid hälften av hallens 24 pelarna. Med dubbel plåt klaras bärigheten i ytterliggare åtta pelare och enkel plåt kan användas i de resterande fyra pelarna på kortsidan, se Tabell 10.4. Hänsyn måste dock tas till differenssättningar även här. Då bärigheten inte uppfylls under hörnpelarna måste dessa grundläggas med annan åtgärd. Denna åtgärd blir någon typ av pålning vilket har antagits medföra nollsättning. Beräkningar har därför utförts för att kontrollera differenssättning mellan hörnpelarna och intilliggande stödben på kortsidan där pålning inte krävs. Sättningskravet uppfylls här med samma grundläggningsåtgärd som krävs för att uppfylla bärighetskravet. Sättningskravet uppfylls dock inte mellan kortsidans mittenpelare, som för att klara bärighetskravet kan grundläggas på enkla plåtar, och de intilliggande pelarna. För stödben A3, A4, H3 och H4 krävs därför även här dubbel plåt. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 39 Tabell 10.4 Resultat Bärighet på lera med lastspridande plåt Långsida Åtgärd A1, A6, H1, H6 Lastspridande plåt ej tillräcklig, annan åtgärd krävs B1, B6, G1, G6 Lastspridande plåt ej tillräcklig, annan åtgärd krävs C1, C6, F1, F6 Lastspridande plåt ej tillräcklig, annan åtgärd krävs D1, D6, E1, E6 Dubbel plåt Kortsida A2, A5, H2, H5 Dubbel plåt A3, A4, H3, H4 Enkel plåt Känslighetsanalys Om den karakteristiska skjuvhållfastheten hos det undre lerlagret är 20 kPa istället för 10 kPa ger detta en stor ökning av bärigheten. I detta fall klaras bärigheten med de lastspridande plåtarna för hallens samtliga pelare. Skulle torrskorpelerans mäktighet uppgå till två meter och underliggande lera ha en karakteristisk skjuvhållfasthet på 10 kPa krävs det bara extra åtgärder vid hallens fyra hörnpelare. Om lerlagrets karakteristiska skjuvhållfasthet skulle vara 15 kPa och torrskorpeleran fortfarande har en mäktighet på två meter klarar sig hallens grundläggning även här enbart med lastspridande plåtar. Känslighetsanalysen kan följas i bilaga 5. Silt Vid grundläggning av silt klaras bärigheten med dubbla lastspridande plåtar under samtliga stödben förutom under hörnpelarna och de bredvidstående benen på långsidan. Resultatet från bärighetsberäkningen i silt redovisas i Tabell 10.5. Även här har differenssättningarna kontrollerats. Resultaten visar att sättningskravet har uppfyllts mellan grundläggningsåtgärderna. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 40 Tabell 10.5 Resultat Bärighet på silt med lastspridande plåt Långsida Åtgärd A1, A6, H1, H6 Lastspridande plåt ej tillräcklig, annan åtgärd krävs B1, B6, G1, G6 Lastspridande plåt ej tillräcklig, annan åtgärd krävs C1, C6, F1, F6 Dubbel plåt D1, D6, E1, E6 Dubbel plåt Kortsida A2, A5, H2, H5 Dubbel plåt A3, A4, H3, H4 Dubbel plåt Känslighetsanalys Om siltens inre friktionsvinkel uppgår till 33˚ istället för 31˚ klaras bärigheten med lastspridande plåtar vid samtliga stödben förutom vid hörnpelarna. Det samma gäller om grundvattenytan ligger två meter ner istället för en. Skulle grundvattenytan ligga ytterligare en meter ner, på tre meter, uppfylls bärigheten vid hallens alla pelare utan någon extra åtgärd. Bärigheten uppfylls även under hallens stödben med en kombination av en inre friktionsvinkel på 33˚ och en grundvattenyta två meter under markytan samt en kombination av en inre friktionsvinkel på 35˚ och grundvattenytan en meter under markytan. Känslighetsanalysen går att följa i bilaga 5. Grusig sand I den grusiga sanden räcker det med enkel plåt på hallens långsidor, men vid hörnpelarna krävs det dubbla plåtar. På kortsidorna klaras bärigheten med ordinarie stålfot. Resultatet från bärighetsberäkningen i grusig sand redovisas i Tabell 10.6. Kontroll av differenssättningar har utförts mellan grundläggningsåtgärderna och uppfylls även här. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 41 Tabell 10.6 Resultat Bärighet på grusig sand med lastspridande plåt Långsida Åtgärd A1, A6, H1, H6 Dubbel plåt B1, B6, G1, G6 Enkel plåt C1, C6, F1, F6 Enkel plåt D1, D6, E1, E6 Enkel plåt Kortsida A2, A5, H2, H5 Stålfot A3, A4, H3, H4 Stålfot 10.2.2 Pålar/Jordförstärkning Nedan har resultatet från pål- och jordförstärkningsberäkningar sammanställts för respektive geotekniska förhållanden. Lera För lera krävs annan grundläggningsåtgärd än plåtar under hörnpelarna A1, A6, H1 och H6. Även under stödbenen B1, B6, C1 och C6 krävs annan åtgärd än plåt. Tabell 10.7 visar att TITAN-påle samt MDM-pelare inte fungerar som grundläggningsåtgärd på lerdjup om 5 m samt 10 m. Dessa metoder grundas på mantelfriktion och på djup om 5 och 10 meter blir inte friktionen tillräcklig stor för att ta upp dimensionerande last med materialåtgång inom ekonomiska gränser. TITAN-påle kan användas på mäktigheter större än 33 meter med tre pålar under hörnlasterna. För TITAN-pålarna har knäcklasten kontrollerats och kriteriet har uppfyllts. Betongpålen används som spetsbärande på 5 och 10 meter. På 50 meter, med två betongpålar, krävs det att pålarna är spetsbärande under hörnbenen och mantelbärande under de resterande stödbenen som behöver djupgrundläggning. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 42 Tabell 10.7 Pålningsalternativ som fungerar vid olika mäktigheter av lera Lera Betongpåle* RR-påle** TITAN-påle*** MDM**** 5 m OK OK – – 10 m OK OK – – 50 m OK OK OK OK * Dimension, antal pålar och pållängd, se bilaga 6A. ** Dimension, antal pålar och pållängd, se bilaga 7. *** Dimension, antal pålar och pållängd, se bilaga 8. **** Dimension, antal pålar och pållängd, se bilaga 9A. Silt För silt är det aktuellt med annan grundläggningsåtgärd utefter hela långsidan. Även här är det metoderna TITAN-påle och MDM-pelare som inte fungerar, men för silt gäller det enbart för djup om fem meter, se Tabell 10.8. På tio meter krävs tre stag med en staglängd på sju meter. MDM-pelare behöver en mäktighet på 10 meter för att få tillräcklig mantelfriktion för att ta hand om de största trycklasterna. Betongpålen är även i detta fall spetsbärande på 5 och 10 meter och mantelbärande på djup större än 24 meter. Tabell 10.8 Pålningsalternativ som fungerar vid olika mäktigheter av silt Silt Betongpåle* RR-påle** TITAN-påle*** MDM**** 5 m OK OK – – 10 m OK OK OK OK 50 m OK OK OK OK * Dimension, antal pålar och pållängd, se bilaga 6B. ** Dimension, antal pålar och pållängd, se bilaga 7. *** Dimension, antal pålar och pållängd, se bilaga 8. **** Dimension, antal pålar och pållängd, se bilaga 9B. Sand För det geotekniska förhållandet grusig sand visar tidigare bärighetsberäkningar att ingen djupgrundläggning behövs. Bärigheten uppfylls med lastspridande plåtar. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 43 10.3 Förankring Nedan redovisas resultat från förankringsberäkningar. Tabellerna visar vilka förankringsåtgärder som går att utföra för jordmaterialet vid en bestämd mäktighet. GEWI-stag i MDM-pelare används endast som förankring när hallen är grundlagd på dessa pelare och längden dimensioneras då efter bärighetskravet. Lera För lera kan både bergförankring och TITAN-stag användas på samtliga mäktigheter. För TITAN-stag används varierande antal stag och staglängd beroende på djup och förankringslast. För 5 meter lera krävs det minst fyra stag för att förankringslängden skall ge tillräcklig mantelfriktion vid den största förankringslasten. För tio meter lera krävs minst två stag och för att lasten skall tas upp av endast ett stag krävs en lermäktighet på minst 21 meter. Betongpåle och MDM-pelare är inga förankringsalternativ på djup om fem och tio meter då de inte uppnår tillräcklig stor mantelfriktion på dessa relativa små djup, se Tabell 10.10. Betongpålen kan användas som förankring då mäktigheten är större än 19 meter (för störst förankringslast och två pålar). GEWI-stag i MDM-pelare blir aktuellt först efter 19 meter. Tabell 10.10 Resultat, Lera Lera Bergförankring* TITAN-stag** Betongpålar*** MDM**** 5 m OK OK – – 10 m OK OK – – 50 m OK OK OK OK * Vajersort, dimension, antal vajrar och längd, se bilaga 10. ** TITAN-stag, dimension, antal stag och staglängd, se bilaga 11. *** Dimension, antal pålar och pållängd, se bilaga 12. **** GEWI-stag i MDM-pelare, längd, se bilaga 13. Silt På fem meters djup kan bergförankring och TITAN-stag användas som förankringsåtgärd för jordmaterialet silt, se Tabell 10.11. På fem meter krävs att två TITAN-stag installeras medan det för djup större än 9 meter endast krävs ett stag för att ta hand om den största lasten. Från tio meters djup är även metoden med MDM- metoden tillräcklig medan förankring med betongpåle kan användas först för djup större än 24 meter. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 44 Tabell 10.11 Resultat, Silt Silt Bergförankring* TITAN-stag** Betongpålar*** MDM**** 5 m OK OK – – 10 m OK OK – OK 50 m OK OK OK OK * Vajersort, dimension, antal vajrar och längd, se bilaga 10. ** TITAN-stag, dimension, antal stag och staglängd, se bilaga 11. *** Dimension, antal pålar och pållängd, se bilaga 12. **** GEWI-stag i MDM-pelare, längd, se bilaga 13. Grusig sand Markförhållandet grusig sand klarar dragförankringen på fem meters djup med både bergförankring och jordförankring, se Tabell 10.12. Här är ett stag tillräckligt för att ta hand om lasten. Tabell 10.12 Resultat, Grusig Sand Grusig sand Bergförankring* TITAN-stag** 5 m OK OK 10 m OK OK 50 m OK OK * Vajersort, dimension, antal vajrar och längd, se bilaga 10. ** TITAN-stag, dimension, antal stag och staglängd, se bilaga 11. CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 45 11 Ekonomi Den ekonomiska utvärderingen av de olika grundläggningsmetoderna bygger på priser från Hercules Grundläggning AB. Priser som har erhållits är grovt beräknade, varvid denna utvärdering inte ska ligga till grund för ett slutgiltigt kostnadsförslag. Utvärderingen skall endast ge en indikation på hur kostnadseffektiva metoderna sinsemellan är, vid de olika geotekniska förhållandena. Kostnaderna för de olika grundläggningsmetoderna har delats in i klass 1 till 4. Klass 1 är det mest ekonomiska alternativet. Nedan redovisas hur kostnadseffektiva de olika metoderna är för grundläggning och förankring. Senare i kapitlet redovisas även det mest ekonomiska alternativet för samverkade åtgärder, d.v.s. de åtgärder som kan användas för att ta både tryck- och dragbelastningar. I bilaga 14 finns en sammanställning av de ekonomiska resultaten. 11.1 Grundläggning I resultaten nedan har etableringskostnaden inte räknats in. Detta beror på att grundläggningen för monteringshallen kan ske med samma metod som för det innanliggande bostadshuset. Som tidigare nämnts har det förutsatts att det billigaste alternativet vid grundläggning är lastspridande plåtar och att dessa används där det är möjligt. Lera Vid de pelare där extra åtgärder krävs, har en ekonomisk jämförelse mellan grundläggningsmetoderna utförts. I leran erfordras extra åtgärder vid hälften av hallens pelare. I Tabell 11.1 ses att betongpålen är mest ekonomisk vid en lermäktighet på 10 meter. TITAN-pålen och MDM-pelare kräver större mäktighet för att överföra all last till jorden. Om lermäktigheten är uppåt 40 meter är MDM-pelarna att föredra ur ekonomisk synvinkel. Tabell 11.1 Resultat från ekonomisk utvärdering för markförhållandet lera Lera Betongpåle RR-påle TITAN-påle MDM 5 m 1 2 – – 10 m 1 2 – – 50 m 2 3 4 1 Silt Om hallen ska grundläggas på silt räcker inte de lastspridande plåtarna till vid de 16 pelare som finns på hallens långsidor. Det krävs därför extra åtgärder i form av pålning eller MDM-pelare vid dessa hallpelare. I Tabell 11.2 nedan visas att om siltens mäktighet är runt 5 meter är betongpålar att föredra då de kostar mindre än RR- pålar. Även då mäktigheten är 10 meter är betongpålar att föredra. Då mäktigheten på CHALMERS, Civil and Environmental Engineering, Master’s Thesis 2007:30 46 silten är uppåt 20 meter är det fördelaktigt att använda MDM-pelarblock istället för betongpålar under hallens pelare. Tabell 11.2 Resultat från ekonomisk utvärdering för markförhållandet silt Silt Betongpåle RR-påle TI