Tåginducerade vibrationer i byggnader – testfundament för utvärdering av jord-struktur interaktion

Genom att förlägga bostäder och kontorsbyggnader i närhet till järnvägsspår kan behovet av goda kommunikationer och täta urbana miljöer tillgodoses. Då tunga fordon färdas på räls genereras vibrationer i marken och i närliggande byggnader. Dessa vibrationer kan utgöra komfortproblem för människor som vistas i byggnaden. För att kunna bestämma om man kan bygga i närheten måste nivån av de förväntade vibrationerna i byggnaden beräknas. Denna process präglas av en viktig osäkerhet: det finns för närvarande ingen metod för att kvantifiera med noggrannhet överföringen av vibrationer mellan marken och byggnadens fundament.

I Sverige förekommer ofta mjuka lerjordar ovanpå berg i tätbebyggda områden. Under sådana jordförhållanden används ofta spetsbärande pålar för grundläggning av byggnader. Syftet med detta projekt var att experimentellt och numeriskt studera denna interaktion för ett spetsbärande pålfundament i lera.

Idén med projektet var att bygga ett pålat betongfundament och genom avancerade geotekniska och dynamiska mätningar kopplade till numeriska analyser bättre förstå den dynamiska interaktionen mellan fundament och marken. Resultatet skulle bli effektivare verktyg för att förutsäga överföringen av vibrationer från tåg till byggnader och därför bättre planera transportinfrastruktur i urban miljö.

Syftet med projektet var alltså att bättre förstå hur vibrationerna i marken som uppkommer på grund av tågpassage påverkar närliggande byggnader. Målet var att utveckla en metodik för att med noggrannhet bestämma vibrationsnivåerna i byggfundamentet utifrån mätningar av vibrationerna i marken där byggnaden ska uppföras.

Viktiga resultat som projektet gav

De numeriska resultaten är i god överensstämmelse med de experimentella resultaten vilket
styrker användningen av numeriska modeller för att förutsäga interaktionen mellan jord och
spetsbärande pålar i mjuka lerjordar ovanpå berg, vilket förekommer ofta i tätbebyggda områden i
Sverige.

Långsiktiga effekter som förväntas

De numeriska modeller som tagits fram kan vara intressanta för att bättre planera framtida byggnader nära spår. Metodiken kommer att kunna användas vid planeringen av nya byggnader bredvid järnvägar men också vid planeringen av nya järnvägsspår i urban miljö. Det kan leda till en bättre integration av transportinfrastruktur i samhället framför allt vad det gäller utvecklingen av den hållbara urbana transportinfrastrukturen.

Upplägg och genomförande

Ett experimentellt betongfundament med fyra betongpålar byggdes. Flera undersökningsmetoder
användes för att erhålla jordens mekaniska egenskaper vid små töjningar. Impedanserna för de
enskilda pålarna (när endast pålarna var på plats) och för hela betongfundamentet mättes genom
att applicera impulskrafter och registrera accelerationerna i flera punkter. En FE modell baserad på
de identifierade mekaniska egenskaperna av jorden upprättades.