Laskennan yhteenveto ja johtopäätökset

Poppelitieltä saatuja mittaustuloksia takaisinlaskettiin sekä Plaxis (v. 8.2) elementtime­

netelmäohjelmalla että analyyttisesti käyttäen Hildebrandin (2003) esittämää tärinän- vaimennusseinämille tarkoitettua menetelmää.

Plaxis-laskennat tehtiin aksisymmetrisessä tilassa käyttäen kaikilla maalajeilla lineaari­

sesti elastista materiaalimallia. Käytetty elementtikoko oli 0,6 m. Stabilointipilarit ja pilariseinämät mallinnettiin kaistoina kaavan 9.1 mukaan.

Eräs keskeisimmistä ja hankalimmista asioista mallinnuksessa on kuorman suuruuden arvioiminen ja sen oikea mallinnustapa laskennassa. Täryjyrän aiheuttamaa kuormaa mallinnettiin staattisen tasan jakaantuneen kuorman ja dynaamisen, ajan funktiona har­

monisesti värähtelevän kuorman yhdistelmällä. Hydraulivasaran aiheuttamaa kuormaa oli tarkoitus mallintaa tekemällä oma kuormitustiedosto, joka Plaxiksessa (v. 8.2) onkin varsin helppoa. Tehtyjen kokeilujen perusteella kuitenkin päädyttiin siihen, että oletettu kuormituskäyrä oli väärän mallinen. Tästä syystä hydraulivasaralla aiheutetun tärinän mallintamisesta päätettiin luopua kokonaan, sillä oikeaa muotoa olevan kuormitus- käyrän selvittäminen olisi ollut työhön käytettävien taloudellisten ja ajallisten resurssien puitteissa liian hankala tehtävä.

Takaisinlaskennassa ainoastaan soran dynaamista kimmomoduulia jouduttiin jonkin verran muuttamaan mittaustulosten saavuttamiseksi. Lisäksi linjoilla 7 ja 5 sorapenke- reen alla kuivakuorikerroksen paksuutta jouduttiin hieman muuttamaan alun perin mää­

ritellystä.

Poppelipuistossa vertailulinjana toimineella mittauslinja 7:llä pystysuuntaisen heilah-duskiihtyvyyden mallintaminen onnistui hyvin, samoin linjalla 4, jossa käytettiin stabi-lointipilariseinämää. Linjojen 5 ja 6 tulokset eivät olleet yhtä yksiselitteisiä, johtuen

\ \

\ \ / / / /

■V

N 4

V■Ф

—

H-VJ

C4-£\'■£•<

Tärinänsiirtokerroin

siitä, että näillä linjoilla käytettyjen seinämien kolmiulotteista muotoa on hankala mal­

lintaa kaksiulotteisella laskentaohjelmalla. Linjoilla 5 ja 6 käytettiin kahta eri tapaa sta- bilointipilariseinämien mallintamiseen, eli ’yhden kaistan menetelmää’ ja ’usean kaistan menetelmää’. ’Yhden kaistan menetelmä’ näyttäisi antavan hieman oikeellisempia tu­

loksia, mutta ero on kuitenkin vähäinen. Stabilointipilareiden ja pilariseinämien mallin­

taminen kaistoina on selvästikin oikeita tuloksia antava menetelmä, mutta kolmiulottei­

sen seinämän mallintamisessa kahdessa ulottuvuudessa lienee vielä tutkimista.

Poppelipolulla linjoja 1 ja 2 mallinnettiin Poppelipuiston tuloksilla tehtyjen takaisinlas- kentojen kokemuksia hyödyntäen. Tärinäherätteen ollessa murskepenkereen I päällä, pystysuuntaisen heilahduskiihtyvyyden mallintaminen onnistui erittäin hyvin, ja lasken­

tatulokset olivat kummallakin linjalla mittaustuloksia vastaavia.

Linjan 1 tärinöitä mallinnettiin myös tärinäherätteen ollessa katupenkereen päällä. Täl­

löin saadut laskentatulokset olivat melko erilaisia mittaustuloksiin verrattuna. Erityisesti ero näkyy ensimmäisessä mittauspisteessä, jossa 30 ja 40 Hz herätetaajuuksilla on las­

kettu huomattavasti mitattuja korkeampia heilahdusnopeuksia. Tämä on erikoista, sillä yleensä Plaxiksella ensimmäisestä tarkastelupisteestä on laskettu mitattuja tuloksia huo­

mattavasti alhaisempia arvoja. Ero saattaa johtua mm. katupenkereen mittojen virheelli­

syydestä, sillä ne eivät olleet aivan tarkasti tiedossa. Katupenkereen väärien mittojen aiheuttama vaikutus pienenee kuorman ja taajuuden pienentyessä, mikä saattaisi selittää, miksei samanlaista piikkiä esiinny 20 Hz herätetaajuudella tehdyn laskennan ensimmäi­

sessä tarkastelupisteessä.

Vaakasuuntaisen heilahduskiihtyvyyden arvoja tarkasteltiin suppeasti linjoilla 4 ja 7 tehdyistä laskennoista. Lasketut vaakasuuntaiset heilahduskiihtyvyydet olivat jäijestään pienempiä kuin mitatut arvot. Virheellisen materiaalivaimennuskertoimen vaikutusta ilmiöön tutkittiin, mutta tarkastelujen perusteella ei havaittu materiaalivaimennusker­

toimen pienentämisen juurikaan kasvattavan vaakasuuntaista heilahduskiihtyvyyttä, joten syy alhaisiin arvoihin jäi epäselväksi ja vaatisi lisätutkimusta.

Linjoilla 1 ja 4 mallinnettiin Plaxiksella tärinän leviämistä myös tilanteessa, jossa stabi­

loinnit on jätetty tekemättä. Laskennan mukaan linjalla 4 pystysuuntaisen heilahduskiih­

tyvyyden maksimiarvo vaimenee stabilointiseinämän ansiosta 15...30 %. Sen sijaan linjalla 1 olevat yksittäiset stabilointipilarit eivät laskennan perusteella vaimentaneet tärinää lainkaan. Tämä selittäisi myös, miksi linjalla 2 mitattiin suurempia tärinöitä kuin linjalla 1, sillä mikäli stabilointipilareilla ei kohteessa ollut vaimentavaa vaikutusta, tä­

rinän suuruuteen vaikutti pääasiassa maaperän geometria, joka linjalla 2 saattoi vaimen­

taa tärinää vähemmän kuin linjalla 1.

Lähes kaikissa tehdyissä laskennoissa tärinäherätettä lähinnä olevan tarkastelupisteen lasketut pystysuuntaiset heilahduskiihtyvyydet olivat aivan eri suuruusluokkaa kuin mitatut. Tähän ensimmäisen tarkastelupisteen mallinnusongelmaan lienee kaksi mah­

dollista syytä: joko mitatussa arvossa on jotakin ’ylimääräistä’ häiriötä, jota Plaxis ei pysty ottamaan huomioon, tai sitten Plaxis ei täysin huomioi stabilointiseinämästä takai­

sin heijastuvia aaltoja, joiden summautuminen saapuvien tärinäaaltojen kanssa aiheuttaa huomattavan suuria heilahduskiihtyvyyden arvoja. Luultavasti ongelma johtuu kum­

mastakin syystä. Plaxiksessa seinämän heijastusvaikutuksen puuttumisen voi nähdä linjalla 4 lasketuista vaimenemiskäyristä, joissa ilman stabilointia lasketun kuvaajan heilahduskiihtyvyydet ovat kaikissa tarkastelupisteissä korkeampia kuin stabilointisei­

nämän ollessa paikallaan, myös ensimmäisessä pisteessä. Tämä saattaa johtua siitä, että

Plaxiksessa on käytetty täysin harmonista kuormaa, kun taas todellinen kuorma ei ole täysin harmoninen, jolloin summautuminen on erilaista.

Laskennan aikana tehtiin joitakin herkkyystarkasteluja laskentamallin eri ominaisuuksi­

en vaikutuksen tarkastelemiseksi. Havaittiin muun muassa, että dynaamisen kimmomo­

duulin saavutettua jonkin tietyn arvon, ei kimmomoduulin kasvu enää aiheuttanut kovin suurta vaikutusta heilahduskiihtyvyyden arvoon. Myös valmennussuhteella on olemassa jokin melko pieni arvo, johon saakka materiaalivaimennus kasvaa voimakkaasti, mutta jota suuremmilla arvoilla materiaalivaimennuksen vaikutus ei enää juuri lisäänny.

Kerrosrajojen vaikutusta tutkittaessa todettiin, että kahden ylimmän maakerroksen (kui- vakuori ja savi 1) paksuuden muutoksilla oli merkittävä vaikutus pystysuuntaisen hei­

lahduskiihtyvyyden arvoon. Prosentuaalinen vaikutus oli sitä merkittävämpi, mitä suu­

rempi kuorma oli kyseessä, ja toisaalta sitä pienempi, mitä kauemmas tärinälähteestä edettiin. Yleisesti voidaan todeta, että erityisesti maanpintaa lähellä olevissa kerroksissa kerrosrajojen kulku ja kaltevuudet ovat merkittävässä asemassa tärinöitä tutkittaessa.

Jotta todellista tilannetta olisi mahdollista mallintaa, tulee maaperän geometriasta olla melko tarkka käsitys, erityisesti tärinälähteen alueella.

Herkkyystarkastelussa tutkittiin myös pohjaveden pinnan vaikutusta tärinään. Tehtyjen tarkastelujen perusteella pohjaveden pinnan vaihtelulla ei ollut minkäänlaista vaikutusta laskettuihin heilahduskiihtyvyyden arvoihin.

Myös elementtiverkon tiheyden vaikutusta tarkasteltiin. Tulosten perusteella voidaan todeta, että kiijallisuudessa esitetyllä verkon tiheydellä 9 solmua/aallonpituus olisi pääs­

ty riittävään laskentatarkkuuteen. Kaikissa laskennoissa kuitenkin käytettiin samaa verkkotiheyttä, joka määräytyi korkeimman tarkasteltavan taajuuden (40 Hz) mukaan.

Analyyttinen mallinnus tehtiin Hildebrandin (2003) artikkelissa ”Asymptotic analysis of hard wave barriers in soil” esittämän menetelmän mukaisesti, jossa lasketaan maahan sijoitetun seinämän (tässä tapauksessa siis pilaristabiloinnin) vaimentavaa vaikutusta (seinämän tärinän siirtokerroin ty). Menetelmällä saatiin melko hyvin ennustettua kuinka suuri osuus pystysuuntaisesta tärinäkomponentista läpäisee seinämän. Tulee kuitenkin muistaa, että mallia voidaan käyttää vain taajuuksilla, joilla seinämä on akustisesti syvä.

Tästä johtuen menetelmää ei pehmeiköillä usein pystytä käyttämään alle 20 Hz taajuuk­

sille. Laskettu tapaus on akustisesti syvä yli 10 Hz taajuuksilla.