Geoteknisessä suunnittelussa käytetään perinteisesti 2D-mallinnusta. Todellisuutta paremmin vastaavan 3D-mallinnuksen avulla saavutettavien korkeampien varmuuskertoimien vuoksi voitaisiin kuitenkin usein käyttää turvallisia, mutta 2D-mallinnusta kevyempiä rakenteita. Kevyempien tai vähäisempien rakenteiden käyttö tuo säästöjä niin materiaali- kuin työkustannuksissa.
Miksi 2D-mallinnus voi ajoittain tuottaa raskaampia rakenteita?
Perinteinen 2D-malli ei ota huomioon paikallista käytännön maailman todellista geometriaa: kaatavat voimat ovat yleensä suurempia kuin todellisuudessa, ja kaikkia todellisuudessa vaikuttavia pystyssä pitäviä voimia ei pystytä huomioimaan. Puolestaan 3D-mallinnuksessa pystytään laskemaan kaatavat voimat tarkemmin, ja huomioimaan kaikki pystyssä pitävät voimat täsmällisemmin. Tällöin saamme paremmin todellista tilannetta vastaavat laskelmat.
Useassa 3D-tarkastelussa kaatavat voimat pienenevät ja pystyssä pitävät voimat kasvavat, jolloin saadaan aikaan todellinen, korkeampi varmuuskerroin. Korkeampi varmuuskerroin puolestaan mahdollistaa kevyemmät ja näin ollen myös edullisemmat suunnitteluratkaisut.
Yksinkertaiset analyysit eivät riitä haastavissa paikoissa
Haastavat paikat ovat infrarakentamisen tulevaisuutta. Tällä hetkellä vallalla olevat yksinkertaiset analyysit eivät näissä paikoissa palvele parhaalla mahdollisilla tavalla. 3D-mallinnuksesta voi olla erityisesti hyötyä pienialaisten kaivantojen ja sillan tulopenkereiden suunnittelussa.
Pienialainen kaivanto
Mikä jää huomiotta 2D-mallinnuksessa?
3D-geometrian tuottamat tukivoimat ja maan kiilautuminen.
Miten se vaikuttaa suunnitteluun?
Kaivannon tuennan mitoittaminen 2D-tasotapauksena johtaa mitoituslaskelmassa merkittävästi ylisuuriin rasituksiin.
Sillan tulopenger
Mikä jää huomiotta 2D-mallinnuksessa?
Penkereen todellinen geometria tien poikkisuunnassa.
Miten se vaikuttaa suunnitteluun?
Penkereen pohjanvahvistuksessa voidaan päätyä ylimitoitukseen.
3D-mallinnuksessa käytetään lähtötietoina maaparametreja, joiden määrittämiseen sekä laskentamallien muodostukseen liittyy geotekniselle mitoitukselle tyypillisiä epävarmuuksia. Näitä epävarmuuksia voidaan kuitenkin hallita automaattisella monitoroinnilla. Monitorointi auttaa myös verifioimaan laskelmiin tehtyjen oletusten toteutumisen käytännössä.
2D mallinnus ei tee oikeutta monimutkaiselle geometrialle
Esimerkiksi siltojen tulopenkereissä erilaisten tapausten vertailussa 3D-laskennan mukainen varmuuskerroin oli suurimmillaan jopa kaksinkertainen verrattuna 2D-laskentaan. Tällöin 3D-laskentaa käytettäessä sillan tulopenkereeltä vaadittu varmuus liukupintasortumaa vastaan saavutetaan jo 10 m pituisella paalulaatalla. Perinteisellä 2D laskennalla sama varmuus saavutetaan vasta 50 m pituisella paalulaatalla. (Jussila, 2019.) 3D-laskentaa hyödyntämällä sillan tulopenkereissä voidaankin turvallisuudesta tinkimättä saavuttaa säästöjä esimerkiksi paalulaattojen määrässä.
Lähde: Jussila, H. 2019. Siltojen tulopenkereiden 2D- ja 3D-stabiliteettilaskentamenetelmien vertailu. Diplomityö. Oulun Yliopisto. Saatavilla osoitteesta: http://jultika.oulu.fi/files/nbnfioulu-201905091671.pdf