Vurdering av beregningsmetodikker ved dimensjonering av støttemurer

Abstract

I denne oppgaven har det blitt gjennomført ulike analyser for dimensjonering av støttemurer. Det er først foretatt håndberegninger i henhold til Statens vegvesen sin veileder, Håndbok V220 Geoteknikk i vegbygging. Statens vegvesen praktiserer klassiske dimensjoneringsprinsipper som Janbus jordtrykksteori, og baserer seg på flere antakelser og forenklinger som kan gi resultater som ikke harmonerer med virkeligheten. I denne oppgaven er det geotekniske elementmetodeprogrammet PLAXIS 2D benyttet til å gjennomføre beregninger for å simulere virkeligheten. De to beregningsmetodikkene er sammenliknet ved dimensjonering av en vinkelrettet støttemur.

Analysene er utført på en konstant støttemursgeometri som installeres i ulike terreng med ulike lasttilfeller. Det ble foretatt beregninger for terreng med varierende bergdybde, varierende plassering av last og varierende jordarter i terreng. I tillegg er det utført analyser for horisontalt terreng bak mur og hellende terreng bak mur. Hensikten er å finne ut av hvilke lasttilfeller som gir størst forskjell for stabiliteten av støttemuren ved bruk av Vegvesenets metodikk og PLAXIS 2D. Alternativ 1 representerer et basistilfelle med horisontalt terreng bak støttemuren og en jevnt fordelt last plassert i flukt med murens baksåle. Her kommer det frem at håndberegningene underestimerer sikkerhetsfaktoren, F, med 66% for terreng av leire, mens for sand er F underestimert med 23%. Dette indikerer at Vegvesenets veiledning er minst nøyaktig for beregnigner i leire. Resultatene viser i tillegg at Vegvesenets metode er for konservativ, og kan føre til unødvendig materialforbruk og byggekostander. I alternativ 2 er lasten flyttet 2,5 m lengre vekk fra muren, mens i alternativ 3 er støttemuren plassert foran et hellende terreng. Fra beregningene som er gjennomført kommer det frem at Statens Vegvesen sin metodikk er ugunstig for beregning av støttemur foran hellende terreng. Mens håndberegningene gir 10% lavere sikkerhet ved hellende terreng sammenliknet med horistontalt terreng, gir PLAXIS-analysene 30% lavere sikkerhet for hellende terreng, noe som kan bety at Vegvesenet undervurderer helningens innvirkning på støttemursstabiliteten. Videre viser funnene fra studiet at variasjon av bergdybde ikke påvirker resultatene til de to beregningsmetodene.

In this thesis different calculation methods for designing retaining cantilever walls has been studied. To start with, simple hand calculations has been carried out following the principles of The Norwegian Public Roads Administration's (NPRA) Handbook V220 Geoteknikk i vegbygging. NPRA provides guidance on several classical design approaches in geotechnical civil engineering. NPRA uses Janbu's earth pressure theory based upon a series of assumptions and simplifications, wich may lead to inaccurate results. In this thesis the geotechnical finite element program PLAXIS 2D is used to approximate the reality. Conclusively, the two different methods for designing a retaining cantilever wall are compared.

The analyses have been carried for a retaining cantilever wall with constant dimensions, studying the effects of different depths to bedrock, load placement, inclination of terrain behind the retaining wall and soil conditions. The main goal is finding where the two design methods have the biggest differences. Alternative 1 represents a basic situation where the terrain behind the retaining wall is horizontal and an evenly distributed load is placed on top, from the heel of the retaining wall foundation. The results show that the hand calculations following the rules of the NPRA, underestimates the safety factor, F, by 66% for clay and 23% for sand. This indicates that the NPRA's design methods may be too conservative especially with soil conditions including clay. As a result, this can lead to non-efficient use of materials and increased building costs. In alternative 2, the distributed load is placed 2,5 m behind the heel of the foundation, while alternative 3 looks at the effects on inclination behind the retaining wall. By comparison of the results from alternative 3, it is apparent that the NPRA's design methods are insufficient for designing retaining walls with an inclined terrain behind. While the hand calculations show a 10% lower safety for inclined terrain, the PLAXIS-analyses show a 30% lower safety, which points to the NPRA's methods underestimating the effect of an inclined terrain. All analyses suggest that varying the depth to bedrock does not have a significant effect on the results.