Vurdering av spenninger og deformasjoner i tuber av geosyntet fylt med lettklinker, for bygging av lette støttekonstruksjoner og bratte skråninger.

Abstract

LiTuWa (Lett tubevegg) er et system for bygging av lette støttekonstruksjoner. Systemets frontvegg består av tuber av geosyntet fylt med løs lettklinker. Tubene installeres lagvis, ved innblåsing av lettklinker på byggeplassen. De er forankret i tilbakefyllingen med geotekstiler, der armert jord-prinsippet utnyttes. I denne rapporten er tubenes oppførsel under vertikal belastning studert. Innvirkende faktorer og tubens forventede stivhet er funnet. Dette er studert ved fysiske belastningsforsøk og numeriske analyser.

Det er utført fysiske belastningsforsøk på lettklinker innkapslet i et gummimateriale. Last og påfølgende deformasjoner i tuben er registrert. Tubens fasong og strekktøyning i gummimaterialet er målt underveis i forsøket. Sikteanalyse er utført for upåvirket lettklinker og lettklinker utsatt for belastning for å vurdere komprimeringen og belastningens effekt på materialet. Resultatene fra belastningsforsøket viser at tubens stivhet øker med lastnivået. Registrering av fasong viser at tverrsnittarealet øker ved belastning. Dette er forårsaket av dilatans i lettklinkeren. Strekktøyningene i gummimaterialet øker etterhvert som tuben deformeres. Sikteanalysen indikerer liten grad av nedknusing av materiale.

Effekten av ulike parametere på tubens deformasjon ved belastning er studert i FEA-verktøyet PLAXIS 2D. Resultatene fra belastningsforsøket er benyttet for kalibrering og sammenligning. Ut fra dette og teoretiske beregninger er materialparametere bestemt. Resultatene viser at deformasjonene er plastiske, altså innvirker ikke E-modul i lettklinker på tubens stivhet. Aksialstivheten i innkapslingsmaterialet påvirker tubens stivhet betydelig. Både dilatansvinkel og friksjonsvinkel påvirker tubens stivhet. Dilatansvinkel er bestemt ved sammenligning mot registrert fasong for tilsvarende belastning, tubens aksialstivhet er beregnet og verifisert, mens friksjonsvinkel er tilpasset tubens stivhet fra belastningsforsøk.

Materialparametere funnet ved sammenligning mot resultater fra belastningsforsøk er anvendt for å lage en tilsvarende numerisk modell med størrelse og innkapslingsmateriale som i geotekstiltuber anvendt i LiTuWa. Ulike stivheter i innkapslingsmaterialet er testet. Resultatet fra numerisk analyse viser at tubene har en lav stivhet ved belastning inntil omtrent 40--50~kPa. Etter dette oppnår tubene en tilnærmet lineær sammenheng mellom vertikalspenning og -tøyning fra omtrent 40--50 til 200~kPa. Stivheten varierer med geotekstilets aksialstivhet, tubenes E-modul er gitt ved følgende ligning:

E=0,1443∙ln(Aksialstivhet) + 1,4093

Ligningen er gyldig for geotekstiler med aksialstivhet mellom 30 og 120~kN/m. En komprimering av tubenes øvre del i lengderetning etter at tubene er fylt med lettklinker, kan gi tubene tilsvarende stivhet som etter vertikal belastning til 40--50~kPa. Dette må verifiseres med fysiske belastningsforsøk på komprimerte tuber. Dersom bestemt stivhet stemmer, kan en forenklet fullskala konstruksjon modelleres i PLAXIS, der tubene kan modelleres som lineært elastiske materialer. Alternativt kan modellering utføres i ABAQUS FEA, hvor konstruksjonens komponenter og samvirket mellom disse kan modelleres.