Pohjarakenteita instrumentoidaan, mitataan ja mallinnetaan

Pohjarakenteet-tutkimusalueen erityisenä vahvuutena on tarkasteltavien rakenteiden ja maan käyttäytymisen ja niiden yhteistoiminnan kokonaisvaltainen hallinta monitoroinnin, mittausten sekä analyyttisten ja numeeristen tarkasteluiden avulla.

Yksikön henkilökunnalla on pitkäaikainen kokemus erilaisten mittauslaitteiden kehittämisestä ja vaativien instrumentointien suorittamisesta ja analysoimisesta. Yksiköllä on käytössään myös viimeisintä tekniikkaa olevat paalujen dynaamiset mittauslaitteistot ja analysointiohjelmat, sekä niiden käyttöön hyvin perehtynyt, sertifioitu henkilöstö.

Numeerisia tarkasteluita varten yksiköllä on käytössään monipuoliset elementtimenetelmään perustuvat ohjelmistot, kuten Plaxis (2D ja 3D), Abaqus ja LUSAS. Tarkasteluiden vaatimat maaparametrit voidaan myös määrittää TTY:n monipuolisilla laboratoriolaitteilla.

Pohjarakenteet tutkimusryhmän päätutkimusalueina ovat jo pitkään olleet:

Paalut ja paaluperustukset

Pohjarakenteiden tutkimustyö käynnistyi professori Jorma Hartikaisen aikana nimenomaan teräspaalujen kehitystyöllä. Paaluihin liittyvä tutkimus ja kehitystyö on edelleen hyvin aktiivista. Viimevuosina aiheina ovat olleet mm. lujien terästen käyttö, energiapaalut, jännitetyt betonipaalut sekä uusien paalutusohjeiden kirjoittaminen. Maa- ja pohjarakenteiden yksikkö on myös Suomen johtava paalujen kantavuus- ja ehjyysmittausten suorittaja. Yksikön käytössä on uusimmat laitteistot ja ohjelmistot. Palveluihimme kuuluvat High Strain- (PDA), Low Strain- (PIT, PET) ja kaivinpaalujen ultraäänimittaukset (CHUM) sekä staattiset koekuormitukset. Mittauksia suorittavassa yksikössä on aina vähintään yksi henkilö, joka on käynyt laitevalmistajan kurssit ja suorittanut hyväksytysti PDA-mittaajan pätevyyskokeen.

Laskenta ja mitoitusmenetelmät

Koska pohjarakenteisiin liittyvä ongelmat ovat ennemminkin kasvussa mm. entistä vaativimpien olosuhteiden myötä, on tärkeätä parantaa ja kehittää laskenta- ja mitoitusmenetelmiä. Yksikön henkilökunnalla oli päävastuu geoteknisestä sisällöstä hankkeessa, jossa luotiin geotekninen laskentaohjelmisto GeoCalc. Laskentamenetelmien kehitystyössä tehdään aktiivisesti yhteistyötä myös muiden yliopistojen kanssa. Yhteistyöyliopistoista voidaan mainita esim. Hong Kong Polytechnical University. Tällä hetkellä merkittävimpänä hankkeena on olemassa olevien ratapenkereiden stabiliteetin laskenta- ja parantamisprojekti RASTAPA. RASTAPA-projektissa tehtiin täysimittakaavainen ratapenkereen sorrutuskoe Perniössä, josta saatujen arvokkaiden instrumentointitulosten avulla ollaan nyt kehittämässä stabiliteetin laskentamenetelmiä.

Rakenteen ja maan välinen yhteistoiminta

Rakenteen ja maan yhteistoiminnan tutkimisessa pääpaino on viime vuosina ollut sillan ja maan yhteistoiminnan tutkiminen (SIMA-hanke). SIMA-hankkeessa on vuodesta 2003 alkaen toteutettu erittäin laajat kokeelliset tutkimukset liikuntasaumattomien siltarakenteiden osalta. Yhteensä kolmea siltaa on monitoroitu sekä pitkällä aikavälillä että koekuormituksin. Ensimmäiset monitoroinnit ovat alkaneet jo vuonna 2003 ja jatkuvat edelleen. Laskennallisen ja kokeellisen tutkimuksen perusteella on myös kehitetty TTY:n koehalliin ison mittakaavan siltasimulaattori, jolla voidaan simuloida tämän kaltaisen sillan toimintaa. Tutkimustuloksia on jo osin sisälletty siltoja koskevaan ohjeistukseen, joita edelleen laajennetaan TTY:n tutkimusten perusteella.

Maan mekaaninen käyttäytyminen

Yhtenä perusedellytyksenä maa- ja pohjarakenteiden käyttäytymisen ymmärtämisessä on ymmärtää maan kompleksista mekaanista käyttäytymistä. Maa- ja pohjarakenteet-yksikön korkeatasoinen laboratorio tarjoaa tähän erittäin hyvät valmiudet. Viimeaikaisena aiheena on ollut mm. maan hiipuman tutkiminen ja sen laskemiseen tarvittavien parametrien entistä luotettavampi ja nopeampi määrittäminen ns. muuttuvanopeuksisesta ödometrikokeesta (Variable Rate of Strain test, VRS).

Perusedellytyksenä kaikessa toiminnassa ja resurssien hyödyntämisessä on osaava henkilöstö, joka ymmärtää maan ja rakenteen välisen yhteistoiminnan kokonaisuutena. Tutkimushankkeisiin liittyvän käytön lisäksi maa- ja pohjarakenteiden yksikkö tarjoaa käytössään olevia laitteistoja myös vaativiin maa- ja pohjarakennuskohteisiin, esimerkiksi paalujen kantavuuden määrittämistä varten.

Pohjarakenteet-tutkimusryhmän vetäjänä toimii professori Tim Länsivaara.