Betonimanttelointi teräsbetonipilareiden vahvistusmenetelmänä
Vuotovesi, Pasi (2022)
Vuotovesi, Pasi
2022
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202204286301
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202204286301
Tiivistelmä
Opinnäytetyössä tutkittiin teräsbetonipilarien vahvistamista betonimanttelilla. Työssä perehdytään pilarimanttelin suunnitteluun ja mitoitukseen eurokoodien ja RIL:n kirjallisuuden mukaisesti. Kirjallisuuslähteitä vertailemalla selvitettiin erilaisia pilarimanttelin mitoitusmenetelmiä. Opinnäytetyö tehtiin Suunnittelu Teräsmaa Oy:lle. Tutkimuksen perusteella luotiin Excel-pohjainen mitoitusohjelma pilarimanttelin tehollisen poikkileikkauksen laskentamenetelmästä. Työssä keskitytään suorakaidepoikkileikkaukseen, joka mantteloidaan kaikilta neljältä sivultaan. Työssä esitellään myös muita pilarin vahvistamismenetelmiä.
Pilarimantteli on rakenteena hankala mitoitettava, koska siinä yhdistyvät kaksi eriaikaan valettua betonirakennetta, jotka tulee saada toimimaan monoliittisena rakenteena. Eri aikaan valettujen betonien rajapintaan syntyy leikkausrasituksia, jotka johtuvat muun muassa uuden betonin erisuuruisesta kutistumasta, virumasta, kuormien epäsuorasta siirtymisestä ja taivutusrasituksista. Työssä todetaan, että mantteloitavan pilarin betonin pinta tulee aina esikäsitellä ennen betonimanttelin valamista. Rajapinnan pintakäsittelymenetelmistä hiekkapuhalluksella todettiin saavutettavan suurin leikkaus- ja vetolujuus. Lisäksi rajapintaan suositellaan tartuntateräksiä parantamaan leikkauslujuutta. Kuormien jakautumiseen pilarin ja manttelin välillä tulee kiinnittää erityistä huomiota ja kuormat täytyy saada siirrettyä perustuksille asti. Manttelin betonin tulee olla lujempaa kuin pilarin betonin, jotta yhdessä tiheän hakaraudoituksen kanssa manttelin sulkemisvaikutus tuo rakenteelle lisävarmuutta, vaikka sitä ei laskennassa huomioitaisikaan.
Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että betonimanttelin suurin hyöty on sen puristuskapasiteetin huomattava nousu jo pienillä manttelin paksuuksilla. Betonimanttelin mitoitus tehollisen poikkileikkauksen laskentamenetelmällä täysin puristetuilla pilareilla on käyttökelpoinen ja nopea mitoitustapa, mutta taivutetuille pilareille se ei sovellu. Pilarimanttelin mitoitus on hyvin tapauskohtaista, mutta tutkimusta voidaan hyödyntää tarkan mitoitusohjelman luomisessa. Kehittämisehdotuksena on ruiskubetonoinnin tarkempi tutkiminen ja hyödyntäminen mantteloinnissa, koska ruiskubetonin ominaisuudet soveltuvat hyvin pilarimantteliin.
Pilarimantteli on rakenteena hankala mitoitettava, koska siinä yhdistyvät kaksi eriaikaan valettua betonirakennetta, jotka tulee saada toimimaan monoliittisena rakenteena. Eri aikaan valettujen betonien rajapintaan syntyy leikkausrasituksia, jotka johtuvat muun muassa uuden betonin erisuuruisesta kutistumasta, virumasta, kuormien epäsuorasta siirtymisestä ja taivutusrasituksista. Työssä todetaan, että mantteloitavan pilarin betonin pinta tulee aina esikäsitellä ennen betonimanttelin valamista. Rajapinnan pintakäsittelymenetelmistä hiekkapuhalluksella todettiin saavutettavan suurin leikkaus- ja vetolujuus. Lisäksi rajapintaan suositellaan tartuntateräksiä parantamaan leikkauslujuutta. Kuormien jakautumiseen pilarin ja manttelin välillä tulee kiinnittää erityistä huomiota ja kuormat täytyy saada siirrettyä perustuksille asti. Manttelin betonin tulee olla lujempaa kuin pilarin betonin, jotta yhdessä tiheän hakaraudoituksen kanssa manttelin sulkemisvaikutus tuo rakenteelle lisävarmuutta, vaikka sitä ei laskennassa huomioitaisikaan.
Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että betonimanttelin suurin hyöty on sen puristuskapasiteetin huomattava nousu jo pienillä manttelin paksuuksilla. Betonimanttelin mitoitus tehollisen poikkileikkauksen laskentamenetelmällä täysin puristetuilla pilareilla on käyttökelpoinen ja nopea mitoitustapa, mutta taivutetuille pilareille se ei sovellu. Pilarimanttelin mitoitus on hyvin tapauskohtaista, mutta tutkimusta voidaan hyödyntää tarkan mitoitusohjelman luomisessa. Kehittämisehdotuksena on ruiskubetonoinnin tarkempi tutkiminen ja hyödyntäminen mantteloinnissa, koska ruiskubetonin ominaisuudet soveltuvat hyvin pilarimantteliin.