Tälle sivulle on koottu georakentamisen maisteriohjelmassa (Master's Programme in Geoengineering) ja European Mining, Minerals and Environmental Programme (EMMEP) -ohjelmassa tehtyjä diplomitöitä. Aalto-yliopiston kaikki sähköisesti saatavilla olevat opinnäytetyöt löydät osoitteesta .
ձ쾱ä: Arttu Anttilainen
Valvoja: Prof. Mikael Rinne
Ohjaajat: DSc. Lauri Uotinen, DSc. Masoud Torkan
Rahoitus:
վٱä:&Բ;
Author: Enni-Maria Peltola
Supervisor: Prof. Sanandam Bordoloi
Advisors: Prof. Leena Korkiala-Tanttu, DSc. Mohamad Hanafi
ձ쾱ä: Sampsa Kotamäki
Valvoja: TkT Nina Raitanen
Ohjaaja: DI Tommi Valjakka
վٱä
Tämä diplomityö keskittyy elvyttimien käyttöön asfaltin uusiopintauksessa, REM-menetelmässä. Tutkimuksen tavoitteena oli arvioida vaihtoehtoisten elvyttimien soveltuvuutta ja vaikutuksia sekä vertailla niitä nykyään elvyttimenä käytettävään B650/900. Työ sisälsi kirjallisuuskatsauksen, laboratoriotutkimuksen ja menetelmätestauksen koekohteella todellisessa REM-toimenpiteessä.
Tulokset osoittavat, että elvyttimien käyttö voi parantaa vanhentuneen asfaltin ominaisuuksia ja mahdollistaa REM-menetelmän laajemman käytön. Optimaalisen elvyttimen ja sen annostuksen valinta on ratkaisevaa onnistuneen lopputuotteen saavuttamiseksi.
Tutkimusten ja tulosten perusteella elvyttimien käyttö on tehokkaampi tapa vähentää bitumin vanhenemisesta johtuvaa jäykistymistä, mikä laajentaa REM-menetelmän sovellusmahdollisuuksia. Menetelmätestaus todellisessa kohteessa vahvisti laboratoriotutkimusten löydökset ja toi esille käytännön sovellusten haasteita, kuten elvyttimien annostelun tarkkuuden sekä puutteellisen tiivistymisen yhdellä elvyttimellä.
Diplomityön johtopäätökset tukevat elvyttimien käytön lisätutkimuksia, erityisesti niiden pitkäaikaisvaikutusten ja käyttäytymisen osalta erilaisissa olosuhteissa.
Author: Udesh Kahanda Bulathge
Supervisor: Prof. Sanandam Bordoloi
Advisors: Soumya Roy (MSc), Yuxuan Sun (MSc)
Financing: Aalto Foundation, which is funded by AFRY Finland OY and Sotkamo Silver OY
Abstract:
ձ쾱ä: Nelli Huttunen
Valvoja: Professor of practice Topias Siren
Ohjaaja: MSc. Juhani Penttilä
|
This master's thesis investigates inspection methods for rock adhesion of shotcrete in tunnels, with a focus on improving current practices, particularly for Länsimetro Oy. The research addresses the challenges associated with the time-intensive and resource-intensive nature of current inspection methods. The primary goal is to find a more effective and quicker method for shotcrete surface monitoring. The study employs a mixed-methods approach, including a literature review of existing monitoring techniques, interview research with various Finnish organizations involved in underground facilities, and a field study using thermal imaging. The interviews gathered insights from owners (Helsinki Urban Environment Division (KYMP), Finnish Transport Infrastructure Agency, Posiva), and experts (Technical Research Centre of Finland, Ramboll) regarding their inspection methods, challenges, and ongoing developments. The field study involved testing the potential of thermal imaging to identify areas of poor shotcrete adhesion in the Keilaniemi maintenance tunnel, comparing the results with existing sounding data. The findings indicate that while various non-destructive methods such as thermography, acoustic methods, and ultrasonic testing exist for monitoring shotcrete and concrete structures, sounding remains the most used method for tunnel inspections in Finland and globally. The thermal imaging trial did not successfully identify areas of poor adhesion in the Keilaniemi tunnel. The thesis highlights the limitations of sounding due to its subjectivity and the difficulty in differentiating defects from subsurface structures. The thesis concludes that while current alternative methods may face challenges when applied to the rough and variable surfaces of shotcrete in tunnels, improving the reporting platform at Länsimetro by transitioning to a software-based system could significantly enhance efficiency. Recommendations for future research include further testing of ultrasonic, non-contact acoustic, and active thermography methods specifically on shotcrete structures in operational tunnel environments. |
ձ쾱ä: Istiak Nur
Valvoja: Prof. Sanandam Bordoloi
Ohjaajat: Fahim Al-Neshawy (PhD)ja Anoosheh Iravanian (PhD)
ձ쾱ä: Iiro Hartikainen
Valvoja: Jussi Leveinen
Ohjaaja: Jussi Leveinen
Rahoitus: Foundation for Aalto University Science and Technology
վٱä:&Բ;
Kiviainesten saatavuus lähellä kasvukeskuksia on tärkeää sekä kustannus-
ten, että ympäristövaikutusten takia. Uusia kiviainesvarantoja tarvitaan ki-
viaineshuollon turvaamiseksi ja kiviainesten kuljetusmatkojen minimoi-
miseksi.
Tässä työssä perehdyttiin kiviainesten ominaisuuksiin perusteellisesti, ja
tarkasteltiin eri käyttökohteita ja niiden vaatimuksia. Kokeellinen osuus
koostui Kolabackenin alueen kiviainestutkimuksista, jossa esitutkimusten
avulla suunniteltiin näytteenotto. Kallionäytteitä otettiin alueelta, jotka
murskattiin ja seulottiin mekaanisia testejä varten. Mekaanisten testien tar-
koituksena oli selvittää, soveltuuko tutkittu kiviaines vaativaan käyttöön, eli
kiviainestuotantoon raidesepeliä tai asfalttia varten.
Mekaaniset testit olivat Los Angeles-koe ja pohjoismainen kuulamyllykoe,
joilla mitataan iskunkestävyyttä ja nastarengaskulutuskestävyyttä. Iskun- ja
kulutuskestävyyttä vaaditaan kiviaineksilta monessa käyttökohteessa. Testi-
tulokset olivat melko hyvät sekä LA-luvun että AN-arvon osalta, mutta eivät
riittäneet korkeimpiin asfaltin vaatimusluokkiin tai raidesepelin laatukritee-
reihin.
ձ쾱ä: Janne Suominen
Valvoja: Mikael Rinne
Ohjaaja: Mateusz Janiszewski
Rahoitus: 4 kk osa-aikainen tutkimusapulainen
Abstract:
Accurate rock mass characterization is essential for safe design of underground structures. While traditionally done through field mapping, advances in photogrammetry now allow remote, high-resolution mapping of rock faces. This thesis explores ways to improve the accuracy of photogrammetric models by experimenting with different scaling object configurations. A virtual tunnel tour is also developed for educational use, and digital Q-system characterization is compared to traditional field mapping.
This study evaluates how the distribution, orientation and amount of alignment distances influence the accuracy, specifically root mean square error (RMSE) of defined control distances in the photogrammetric model. Furthermore, this study compares physical and digital mapping methods from a student perspective, evaluating confidence, perceived usability, and preferences using quantitative and qualitative surveys.
This study found that scaling object layout affects model accuracy, while alignment orientation had inconsistent effects and changing the amount of alignment distances per object had little impact. Comparing physical and digital Q-mapping, confidence levels were lower in digital method, especially for parameters like joint roughness, alteration, and water reduction. Despite the lower confidence levels, digital mapping was preferred overall.
ձ쾱ä: Ida-Maria Savila
Valvoja: Leena Korkiala-Tanttu
Ohjaaja(t):
Rahoitus:
վٱä:&Բ;
ձ쾱ä: Otto Kaukoranta
Valvoja: Leena Korkiala-Tanttu
Ohjaajat: DI (MSc) Juha Forsman ja Liisa Taskila
Rahoitus:
վٱä:&Բ;
Aձ쾱ä: Cassandra af Hällström
Valvoja: professori Mikael Rinne
Ohjaajat: M.Sc. Jarmo Roinisto
Rahoitus: Rockplan
Author: Mikko Mäkelä
Supervisor: Augusto Cannone Falchetto
Advisor: Riikka Unhola (NRC Group Finland Oy)
Funding:
Abstract:
This thesis explores the potential integration of Environmental Product Declarations (EPDs) into the procurement process of infrastructure companies and construction projects to reduce the industry's carbon footprint. The primary focus is on understanding the effects of including EPD requirements in procurement criteria and documents. The study aims to determine if such inclusion could impact the selection of material suppliers or contractors, potentially affecting competition in procurement.
The online survey was conducted among the company's contractual partners in Finland, and information on their environmental aspects and opinions on EPDs was gathered. Survey respondents represent diverse business areas, providing insights into the environmental perspectives within the industry. The survey results suggest that it is not, currently in 2024, profitable to include EPD requirements in procurement criteria due to potential negative consequences, such as a reduced amount of offers and unfavorable procurement outcomes.
However, the study anticipates a shift in the future, with the European Commission introducing more environmental requirements for the construction field in the EU, leading to a possible increase in regulated services for EPD production, verification, and maintenance. This could make EPDs more accessible for small and medium-sized businesses.
Author: Ville Helko
Supervisor: Mikael Rinne
Advisor(s): M.Sc, Annika Korhonen, M.Sc Aki Ullgren
Funding: Terrafame Oy
Abstract:
This master's thesis investigates the comparative efficacy of diesel powered rotary-percussion drilling and rotary drilling methods in the Kuusilampi deposit in Finland. The study aims to evaluate these drilling techniques in terms of performance, cost-effectiveness, and environmental impact, specifically focusing on aspects like drill hole stability, drilling times, drill bit performance, and operational drilling costs.
Through field tests and data analysis, the study assesses the advantages and disadvantages of drilling with Epiroc's COPROD and Sandvik's dr410i drill rigs considering the geological characteristics of the deposit. The findings are expected to aid mining companies to optimize drilling operations and reducing costs. The study is delimited comparing only the methods in open-pit mining without varying blasting parameters or cost analysis of different power sources. The study was performed with 165mm drill bits for COPROD rigs and with 229mm drill bits for the dr410i rotary rig.
The thesis concludes with strategic recommendations for selecting the most suitable drilling method for the deposit. The rotary method resulted more efficient drilling results with the sparser drilling pattern than the COPROD drilling. However, with diesel engines, the COPROD method was more cost effective compared to the dr410i rig. The blasting resulted more oversized boulders with 229 mm drill holes. More research is required to understand the phenomenom better.
As the thesis only studied drilling with diesel engines, more research of electric and automated drilling methods is recommended. Alternative power sources and reduced number of operators might level out the differences in drilling costs between the methods.
ձ쾱ä: Suvi Ylitörmänen
Valvoja: Leena Korkiala - Tanttu
Ohjaajat: Henry Gustavsson, Tero Mäkinen
Rahoitus: Taratest Oy
վٱä:
Tämä diplomityö pyrkii tarkastelemaan Suomen, Ruotsin ja Norjan pohjatutkimusmenetelmiä, avaten niiden sovelluksia ja alueellisia erityispiirteitä suunnittelun kontekstissa. Pohjoismaiden ainutlaatuinen geotekninen ympäristö ja monipuolinen maaperä tarjoavat vertailupohjan, joka auttaa ymmärtämään eri menetelmien soveltuvuutta ja suorituskykyä erilaisissa olosuhteissa. Tutkielman tavoitteena on tunnistaa parhaita käytäntöjä, jotka vahvistavat alueellista asiantuntemusta ja edistävät kestävää infrastruktuurin kehitystä.
Työssä on tutkittu pohjatutkimusmenetelmiä, kuten kairauksia ja näytteenottoa. Kairausmenetelmistä on käsitelty erityisesti heijarikairaus, porakonekairaus, CPT-kairaus ja siipikairaus. Näytteenotossa on vertailtu maiden keskinäisiä käytäntöjä, erilaisia näytteenottotekniikoita sekä näytteenottimia.
Tutkimus osoitti, että Pohjoismaiden geotekniset haasteet ja maaperän monimuotoisuus vaativat monipuolisten pohjatutkimusmenetelmien käyttöä. Suomen, Ruotsin ja Norjan maaperäolosuhteet ja geologiset piirteet ovat monin osin samankaltaisia, mikä mahdollistaa menetelmien ja parhaiden käytäntöjen vertailun ja soveltamisen maiden välillä.
Johtopäätöksenä todetaan, että pohjatutkimusten huolellinen suunnittelu ja toteutus ovat keskeisiä infrastruktuurihankkeiden onnistumiselle. Tulokset korostavat yhteistyön merkitystä Pohjoismaiden välillä sekä tiedon ja kokemusten jakamisen tärkeyttä geoteknisten haasteiden ratkaisemiseksi. Tulevaisuudessa suositellaan entistä laajempaa kansainvälistä yhteistyötä ja standardien harmonisointia, jotta voidaan varmistaa korkealaatuiset ja kestävät rakennushankkeet kaikissa kolmessa maassa.
ձ쾱ä: Samuel Francisco Chávez Romero
Valvoja: Professori Mikael Rinne
Ohjaajat: M.Sc. Tuomo Hänninen – M.Sc. Aki Ullgren
Rahoitus: Terrafame Oy
վٱä:
Author: Kirill Goloviznin
Supervisor: Professor Jarkko Niiranen
Advisor: MSc Henry Gustavsson, PhD Summer Shahzad
Collaborative partner/sponsor: Ramboll Finland Oy
Abstract:
A concrete structure that is designed to last for a hundred years must withstand various actions, including temperature gradients which may cause cracking. Although such actions are typically provided in design standards, the Finnish design guidelines do not specify temperature loading for soil-immersed concrete structures like troughs or retaining walls. One of the current engineering approaches is to adopt the loading from the Bridge design guidelines and apply it in the linear elastic finite element analysis which results in excessive reinforcement. The first problem with this method is that the temperature magnitude is too large for soil-immersed structures. And the second problem is that the linear elastic model does not account for stress relaxation due to concrete cracking. The aim of the research is to calculate proper temperature distribution and derive an equivalent temperature loading for crack assessment, applicable in the linear finite element analysis. First, the temperature distribution is calculated with a thermal conduction analysis, based on annual recorded temperatures, thermal insulation surrounding the structure, and the water content of the soil. Then it is applied in the nonlinear analysis to calculate crack width and required reinforcement. Finally, an equivalent temperature for the linear analysis is determined which requires the same amount of reinforcement as predicted by the nonlinear analysis.
Author: Hamza Javed
Supervisor: Professor Jussi Leveinen
Advisor(s): Dr Mateusz Janiszewski, Dr Tero Hokkanen
Abstract:
Rock mass characterization is vital for assessing the geotechnical and geomechanical stability of a rock mass which ensures safe tunnel designs and ultimately a sufficient reinforcement design. The validity and reliability of different rating systems is based on the accurate characterization of fracture parameters like orientation, joint set number, spacing etc. A comprehensive study of such fracture parameters will only ensure the correctness of numerical models. In this thesis, a combination of non-invasive techniques for mapping of fracture properties is studied. Photogrammetry uses 3-D digitization technique to generate high resolution models of the rock mass while ground penetrating radar can image the subsurface for fractures in a tunneling environment. The research location is tunnel 3 at the Underground Research Laboratory of Aalto University (URLA).
The research questions are: What are the limitations imposed by ground penetrating radar in tunnels? How can GPR be used for characterization of fractures within the rock mass? How can photogrammetry be used to evaluate geometrical properties of fractures and digitization of roughness profiles?
This thesis deals with the characterization of fracture properties like orientation, joint set number, aperture, filling, roughness, spacing and persistence through the use of photogrammetry and GPR. Photogrammetry is carried to reconstruct a 3-D point cloud which is analyzed in a point cloud editing software and discontinuity set extractor for the extraction of joint properties. The test site is divided into two mapping windows. GPR (800 MHz) is used to survey four vertical profiles on the rock mass where photogrammetry is conducted. The four profiles are processed and interpreted showing two to maximum of four fractures. The analysis suggest that the fractures observed with GPR in the test site are all thin bed fractures whose aperture is smaller than the radar range resolution. The floor survey profile by 500 MHz in the same tunnel shows three wide fractures with a mean aperture of 10.3 cm in one of the fractures.
Sensitivity analysis resulted in three joint sets for mapping window one and four joint sets for mapping window two. The surface analysis concluded in moderate spacing of joint sets ranging between 0.2-0.6 m with undulating rough fracture surfaces as indicated by the manual and digitized joint roughness profiles. GPR studies concluded the wall surveys to have thin-bed subvertical fractures in the subsurface with moderate spacing of 0.2-0.6 m between the individual fractures.
Keywords Photogrammetry, Ground penetrating radar, fracture properties, thin bed fractures, joint roughnes
Author: Achintha Rathnayaka
Supervisor: Professor Mikael Rinne
Advisor(s): MSc Oskar van der Weij
Funding: Partly funded by Kalliosuunnittelu Oy Rockplan Ltd. (Finnmap-Infra oy)
Abstract:
Megacities are growing faster than ever before where the demand for adequate parking spaces is continuing to rise while diminishing the free buildable space. Underground parking facilities offer a way around this problem. Building underground can be done in two major ways, either a parking facility in a tunnel or as an open pit version. In countries where the bed rock is at a shallow depth, underground excavation would need to carry out in hard rock in both variants
Giving the impact a large excavation would have on nearby existing structures especially considering the highly disruptive nature of rock excavation techniques it is important to assess the rock mechanical feasibility of the two options when selecting the appropriate method. Further, it is also vital to assess the environmental impacts and overall costs to identify the most favorable approach.
This thesis explored a case study from Meilahti hospital area where an Open-pit parking facility was proposed. A hypothetical underground tunnel version of the parking facility was developed to assess its rock mechanical viability using 3DEC numerical modelling software and compared the results with the open-pit version. Further, total CO2 emissions were computed using One click LCA software and also, the expected theoretical costs of both options were calculated and compared.
It was observed that the tunnel version would result in minimal displacements at surrounding structures, ranging from 2….3 mm. But, in open pit version the displacements are rather high even more than 10mm at some locations. Higher displacements could result in severe fractures in the existing tunnel's shotcrete layer, as well as foundation settlement in surrounding structures, causing shear cracks in the walls.
In terms of CO2 output, both variants emit same level of CO2 with a slightly low percentage difference in the tunnel version. Further, there was a considerable difference with the total rock construction related cost where open pit version would cost nearly 1.5 times as much as the tunnel version.
Keywords: Parking facility, Tunnel, 3DEC, Hard rock modelling, CO2 eq.,
Author: Sofia Kiikkerä
Supervisor: Sanandam Bordoloi
Advisors: Juha Auvinen
Funding: City of Helsinki
Electro-osmosis is a dewatering method best suitable for cohesive soils, whereby a direct current is applied to the soil by electrodes. The application of current causes a flow of water towards the cathode where it can be removed. This results in consolidation of the soil.
A laboratory study was designed to investigate the feasibility of electro-osmosis in Finnish clay. Undisturbed samples from Malmi field were collected and tested under three different voltages to evaluate the effectiveness of the method. In some tests, electro-osmosis was applied together with incremental loading to gain knowledge of the combined effects.
The coefficient of electro-osmotic permeability was evaluated from the test data. Corrosion of the electrodes, pH changes and the negative porewater pressure developed were also calculated. These results can be used to design field tests in the future.
Author: Naum Shpata
Supervisor: Professor Wojciech Sołowski
Advisor(s): Piotr Kanty (Menard)
Funding: DeMiCo project
Simulation of the vibration caused by dynamic compaction is complicated, and more research needs to be done on it. The complexity of the problems varies over many factors, including lack of valuable data, different soil properties and behaviour. The main reason is that the willingness to simulate the vibration has been low because the method has usually been applied in remote areas. However, the soil improvement method is considered a small carbon emission method and must be utilised in urban areas where nearby structures are vulnerable to vibrations. This study presents a comprehensive overview of wave propagation, introduces a constitutive model, and replicates the vibration caused by dynamic compaction on a study case within the Finite Element Framework. The model contains two input parameters: shear modulus and Poisson's ratio. The model considers a nonlinear stress-strain relationship at small strains based on a constant reference stiffness degradation curve.
The model's capabilities were demonstrated in a confirmed case of dynamic compaction, specifically in Gdańsk, as conducted by the Menard Group. The study implemented two falling heights, 5 and 10 m, in a sand soil area. The model can achieve high accuracy when calibrated correctly, providing a reliable tool for predicting wave vibrations. However, it is essential to note that the maximum shear modulus can significantly influence the result, and the dynamic properties of the soil are a crucial factor. The need for an accurate estimation of the damping ratio is evident. While the model can be applied in practice, paying attention to the importance of input parameters from the field is crucial, as they play a significant role in the model's performance and the accuracy of its predictions.
Keywords dynamic analysis, FEM modelling, dynamic compaction, vibrations, small strain non-linear constitutive mode
ձ쾱ä: Minna Laitinen
Valvoja: professori Leena Korkiala-Tanttu
Ohjaaja: DI Jani Lepistö, DI Henry Gustavsson
Rahoitus: Insinööritoimisto Lepistö Oy
վٱä:
Tässä diplomityössä tutkittiin muuttuvapaineista ԳٳäDZtta kyllästämättömän maan vedenläpäisevyyden, eli k-arvon määrittämisessä. Haluttiin selvittää, miten kokeen tulokset suhteutuvat muihin k-arvon selvitystapoihin. Ensisijainen kiinnostuksen kohde oli, kuinka käyttökelpoinen tutkittava ԳٳäDZ on hulevesien imeytyksen suunnittelun tukena verrattuina muihin selvitystapoihin. Vertailukohteina
olivat laskennalliset, laboratoriokokeista saatavat sekä kirjallisuudessa mainitut arvot. Myös joitakin muita k-arvon selvitystapoja mainitaan, joskaan niitä ei käytetä tässä työssä. Lisäksi tehtiin lyhyt selvitys k-arvon määrittämisen nykykäytännöistä hulevesisuunnittelussa asiantuntijahaastattelujen perusteella.
Laskennalliset määritystavat perustuvat maan rakeisuuteen. Lisäksi niissä otetaan vaihtelevasti huomioon muitakin k-arvoon vaikuttavia seikkoja. Tutkimuksen perusteella kävi ilmi, että maavesikerroksessa kaavat pääsääntöisesti yliarvioivat vedenläpäisevyyttä, tai ovat muuten epäluotettavia sen arvioimisessa.
Laboratoriokokeita suoritettiin muuttuva- ja vakiopainekokeina. Työssä ei määritetty maan luonnontilaista tiiviyttä, joten näytteet sullottiin käyttämällä tiettyä määrää sulloimen iskuja. Tämä johti luultavasti tiiviydeltään luonnontilasta poikkeaviin näytteisiin. Ilman in-situ tiiviyden määrittämistä kokeet eivät ole luotettava tapa saada todenmukaisia k-arvoja.
Kenttäkokeiden tulokset laskettiin kahdella kaavalla, joista toinen on yksinkertaisempi ja kehitetty kyllästetylle maalle, ja toinen maavesikerroksen k-arvon arviointiin. Tutkimuksen tuloksena todettiin, että viimeksi mainitulla kaavalla saadut tulokset ovat todennäköisesti lähimpänä todellista k-arvoa. Menetelmä vaikuttaa soveltuvan ainakin hiekkaisille ja soraisille maille.
Avainsanat vedenläpäisevyys, muuttuvapainekoe, k-arvo, kyllästämätön maa,
ԳٳäDZ
ձ쾱ä: Iiro Lindgren
Valvoja: professori Wojciech Solowski
Ohjaaja: DI Antti Perälä & DI Petri Tyynelä
Rahoitus: SSAB oy, Scandia Steel
վٱä:
Kaikilla paaluilla on asennuksen jälkeen alkutaipumaa, ja on käytännössä mahdotonta asentaa paalu asennustavasta riippumatta täysin suoraan. Tämä käyryys voi alentaa paalun rakenteellista kestävyyttä ja siten suunnittelijoiden on otettava se huomioon. Tämä toteutetaan eri standardien taulukkoarvojen avulla, jotka ennustavat paalun poikkeamaa suorasta keskilinjasta.
Tämä diplomityö vertaa taulukkoarvoja Suomen RIL 254-2016:sta ja tulevasta Eurokoodin uudistuksesta olemassa oleviin paalun suoruusmittauksiin. Paalujen suoruusdataa kerättiin Suomesta ja Ruotsista. Näitä mittauksia verrattiin taulukkoarvoihin, tarkoituksena määrittää kuinka hyvin nämä taulukkoarvot ennustavat paalujen käyryyttä. Näiden vertailujen lisäksi, datasta yritettiin selvittää mitkä ovat merkittäviä vaikutustekijöitä liittyen paalujen käyryyteen. Näitä tarkasteltiin kahden hypoteesin kautta: ”Puristuspaalut ovat yleisesti käyrempiä kuin muilla tavoin asennetut paalut” ja ”Isommat paalut pysyy yleisesti suorempana”.
Tulokset osoittivat, että kaiken kaikkiaan taulukkoarvot niin RIL 254-2016:ssa ja tulevassa Eurokoodissa ennustavat paalun alkutaipumaa varsin hyvin. Työssä käytetty data myös puolsi vahavasti ensimmäistä hypoteesia, eli yleisellä tasolla puristuspaalut ovat kaikista käyrimpiä. Toisaalta data ei antanut selkeää vastausta siihen, miten paalun koko vaikuttaa sen käyryyteen, joten selvää johtopäätöstä ei voitu tehdä toisesta hypoteesista. Johtuen datan ongelmallisuudesta, tulokset eivät ole täysin johdonmukaisia ja tarkempia ja selkeämpiä paalumittauksia pitää tehdä, jotta kysymyksiin voidaan vastata tarkemmin.
Avainsanat: Teräsputkipaalu, käyryys, tilastollinen analyysi, standardit
ձ쾱ä: Tommi Lehtovirta
Valvoja: professori Jussi Leveinen
Ohjaaja: DI Taavi Dettenborn (Ramboll Finland Oy), DI & FM Tuuli Teittinen (Ramboll Finland Oy)
Rahoitus: Ramboll Finland Oy, Green Building Council Finland, Rakennusteollisuus, ääٴ, Espoon kaupunki, Helsingin kaupunki, Vantaan kaupunki
վٱä:
Tämän työn tarkoituksena oli saada arvio Suomen infrarakentamisen vuotuisten hiilidioksidiekvivalenttipäästöjen (CO2e) suuruudesta. Työtä varten määriteltiin infrarakentamiseen kuuluvat osa-alueet sekä tutkit-tiin millaista tietoa vuotuisesta rakentamisesta ja kunnossapidosta oli saatavilla. Tutkimusmenetelmää valittaessa eri päästölaskentamenetelmiä kartoitettiin sekä arvioitiin niiden toteuttamisen mahdollisuuksia. Työn aikaisten havaintojen sekä lopputulosten pohjalta tehtiin myös pohdintaa millä tavoin päästölaskentaa tulisi toteuttaa jatkossa.
Eri päästölaskentatavoiksi valikoitui kolme menetelmää, jotka olivat rakentamis- ja kunnossapitomääriin perustuva, materiaalimenekkiin perustuva sekä investointimääriin perustuva päästölaskenta. Työn aikaisen tutkimuksen sekä saadun aineiston perusteella päästölaskenta oli mahdollista toteuttaa tarkimmin keskeisten rakentamismateriaalien menekkiin perustuen. Tällä tavoin saatiin laskettua arvio, että Suomen infrarakentamisen päästöt ovat 2210 kt CO2e vuodessa. Saatua lopputulosta voidaan pitää suuntaa antavana arviona, johtuen lähtöaineiston laadusta sekä laskennan aikana tehdyistä oletuksista. Tämän lisäksi investointimääriin perustuvasta päästölaskennasta saatiin saman suuruusluokan tuloksia, minkä johdosta tapaa voidaan pitää potentiaalisena. Investointimääriin perustuva laskenta tarvitsisi kuitenkin enemmän ja parempaa aineistoa pohjaksi, jotta tuloksia voitaisiin pitää luotettavina. Rakentamis- ja kunnossapitomääriin perustuen ei pystytty laskemaan koko Suomen infrarakentamisen päästöjä, johtuen rakentamismäärätiedon puutteista.
Työn perusteella etenkin infrarakentamisen rakentamis- ja kunnossapitomäärien tilastointia tulisi parantaa sekä yhtenäistää, jotta laskentaa olisi helpompi toteuttaa. Työn tulosten perusteella olisi myös suositeltavaa, että infrarakentamisen päästölaskenta perustuisi tulevaisuudessa materiaalimenekkiin, jotta saadaan huomioitua parhaiten kaikki erikoisrakenteet.
Avainsanat: Infrarakentaminen, CO2e, hiilijalanjälki, kasvihuonekaasupäästöt
ձ쾱ä: Ossi Perttu
Valvoja: professori Leena Korkiala-Tanttu
Ohjaaja: Juha Forsman, Monica Löfman
Rahoitus: Aalto University, Ramboll
վٱä:
Pohjanvahvistusten optimointi osana vähähiilistä esirakentamista. Eri pohjanvahvistusmenetelmien mitoituksen optimointi ja päästö- sekä kustannusvertailu eri menetelmien välillä.
ձ쾱ä: Tewodros Dugasa Gebre
Valvoja: Professor Augusto Cannone Falchetto
Ohjaajat: Dr.-Ing. Di Wang (Aalto), Noora Eklöf, MSc. (Ramboll Finland Oy)
Rahoitus: Ramboll Finland Oy
վٱä:
See English page
ձ쾱ä: Beyza Asar
Valvoja: professori Leena Korkiala-Tanttu
Ohjaaja: Raghuram Ammavajjala ja Henry Gustavsson
վٱä:
See English page
ձ쾱ä: Jari Ikävalko
Valvoja: professori Leena Korkiala-Tanttu
Ohjaaja: Juha Forsman, Asko Aalto
Rahoitus: Helsingin kaupunki, ääٴ, Ramboll Finland Oy, Nordkalk Oy, UPM, PVO ja Finnsementti.
վٱä:
Syvästabiloinnin suunnittelussa stabiloidun maan puristuslujuuden määrittämiseen tarvitaan kenttä-/laboratoriolujuuskerrointa. Tämän työn tavoitteena oli määrittää kenttä-/laboratoriolujuuskertoimen arvoja uusiosideaineseoksille perustuen koestabilointikohteiden laboratorio- ja kenttätutkimuksiin (stabiloitavuuskokeet ja valvontakairaukset). Tämän tutkimuksen tuloksia on tarkoitus hyödyntää ääٴn päivitetyssä Syvästabilointiohjeessa.
Tutkimustuloksia kerättiin yhteensä kuudesta eri pilaristabilointi kohteesta: Malminkenttä, Topinpuisto, Luhtitie, Länsiranta, Kuninkaantammi ja Ilokkaanrinne. Tässä työssä vertailtiin samalla sideainereseptillä tehtyjen yhtä pitkään lujittuneiden stabiloitavuuskoekappaleiden yksiaksiaalisia puristuskoetuloksia (leikkauslujuudeksi muutettuna) ja stabilointipilareiden pilari- ja pilarisiipikairausten keskiarvoleikkauslujuuksien tuloksia. Työssä tehtiin lisäksi stabiloitavuuskokeiden vertailututkimus kolmen laboratorion välillä.
Tutkimustuloksista laadittiin kenttä-/laboratoriolujuuskertoimet sideaineilla: Nordkalk Terra Green, Terra POZ, Terra GTC, Terra KC, Finnsementti CEMIII/A ja CEMIII/B ja lentotuhka+sementti -seoksille (UPM, PVO ja InfraStabi). Tulosten perusteella havaittiin odotusten mukaisesti, että pienemmillä laboratoriolujuuksilla on suurempi kenttä-/laboratoriolujuuskerroin kuin suuremmilla laboratoriolujuuksilla. Lisäksi sideaineilla CEMIII, GTC ja InfraStabi oli tyypillistä se, että stabiloitavuuskokeilla laboratoriossa saavutettiin suurempia leikkauslujuuksia kuin koepilareissa kentällä. Sideaineilla POZ, Green ja LT+CEM saavutettiin puolestaan koepilareissa suurempia lujuuksia kuin laboratoriossa.
Tutkimustuloksista koottiin kolme kuvaajavaihtoehtoa sideaineista, joiden kenttä-/laboratoriolujuuskertoimet vastasivat toisiaan. Tutkimuksessa mukana olleiden sideaineiden kenttä-/laboratoriolujuuskertoimet ovat selvästi suurempia kuin käytössä olevan Liikenneviraston ohjeen 2018 sideaineille määritetyt kenttä-/laboratoriolujuuskertoimet.
ձ쾱ä: Bo Telén
Valvoja: professori Leena Korkiala-Tanttu
Ohjaaja: FM Leona Silberstein (Helsingin kaupunki), YAMK Sanna Anttila (Helsingin kaupunki)
Rahoitus: Helsingin kaupunki
վٱä:
Tämä työ on osa PlastLIFE -hanketta, jossa pyritään löytämään keinoja vähentää muovin käyttöä ja edistää sen kierrätystä. Selvityksessä kysyttiin haastattelujen muodossa Helsingin kaupungin ja Yhteinen kunnallistekninen työmaa-sopimuksen osapuolten asiantuntijoilta muovien käytöstä heidän infrarakenteissaan. Lisäksi työssä käytiin läpi infrarakentamisen suunnitteluohjeita ja Ramboll Finland Oy:n toimittamaa aineistoa. Eri rakenteista selvitettiin, minkälaista muovia niissä on käytetty ja kuinka paljon muovia on käytetty.
Saadusta aineistosta otettiin tarkempaan tarkasteluun valittujen kohteiden osalta muovit ja niiden määrät. Muovien määrät koostettiin kohteittain diagrammeihin, jotta vaikuttavimmat muovien käyttökohteet löytyisivät. Suomen ympäristökeskuksen ylläpitämässä päästötietokannassa julkaistuja päästöarvoja käytettiin teoreettisissa laskelmissa, joissa vertailtiin muovisten ja muovittomien rakenteiden materiaalien päästöjä keskenään.
Työssä selvisi, että vaikuttavimmat muovien lähteet infrarakentamisessa ovat suodatinkankaat ja suojaputket. Selvityksen tekemisen aikana ilmeni, että suodatinkangasta käytetään turhan paljon. Kangasta suunnitellaan käytettäväksi rakenteissa, joissa sitä ei tarvita. Selvityksessä tehtyjen laskelmien mukaan nykyinen toimintapa suodatinkangasta käytettäessä johtaa tilanteeseen, jossa suodatinrakenteen CO2-päästöt ovat suuremmat kuin aiemmin käytetyllä suodatinhiekkakerrosrakenteella.
Avainsanat: PlastLIFE, YKT, muovi, infrarakentaminen, CO2-päästöt, Green deal, SYKE, Suomen ympäristökeskus, Helsingin kaupunki
ձ쾱ä: Chenjie Ruan
Valvoja: Prof. Wojciech Solowski
Ohjaaja: Dr. Mikko Sauni and Dr. Mikael Takala (ääٴ)
Rahoitus: Finnish Transport Infrastructure Agency
վٱä:&Բ;
See English page
Author: Hares Noori
Supervisor: professor Mikael Rinne
Advisor(s):
Funding:
Abstract:
Author: Dimitris Rovithis
Supervisor: professor Mikael Rinne
Advisor(s): Mats Isaksson MSc, Douwe Osinga MSc
Funding: Boliden AB
Abstract:
This collaborative master's thesis was conducted in partnership with Boliden AB and centers on providing design criteria for the main orebody located below 1000 meters in Garpenberg's mine, with the aim of enabling the use of autonomous and electrified machinery. Furthermore, based on the identified criteria, new designs for this orebody are generated. Presently, Boliden's mining operations utilize manual and semi-autonomous, diesel-operated machines; however, the company's objective is to transition to electric machines that can operate autonomously or remotely from a control room. Consequently, the current mine infrastructure of operating mines must be integrated, and new mines not yet in production must be designed to accommodate the needs of autonomous and electrified machines, to optimize mining processes.
This transition necessitates a substantial amount of additional mining infrastructure, compared to a conventional mine, employing manual operations of diesel-operated machinery. The construction of charging stations for Battery Electric Vehicles (BEVs) or infrastructure for cable-electric vehicles is essential. Additionally, methods for utilizing the regenerative braking of electric vehicles (EVs) should be examined and changes in opening dimensions and road conditions may be necessary to optimize the use of autonomous equipment. Moreover, the possibility of combining manned and unmanned vehicles in the same area, as well as an increased power supply, may also require consideration. The objective of this thesis is to outline the design criteria for an autonomous and electric underground mine, create two new designs, and compare them to the current one using work cycle simulations of LHDs and trucks, ultimately selecting the most efficient design.
The thesis yields three major contributions: first, it establishes design guidelines for an autonomous and electric mine; second, it introduces two innovative designs labeled as "V" and "W," specifically adapted to meet the new criteria; and third, it conducts a comparative analysis of the designs. The analysis involves work cycle simulations of loaders and trucks for different scenarios, comparing the current design with the two new designs to determine the most efficient option.
ձ쾱ä: Tuomas Suoniemi
Valvoja: Professori Jussi Leveinen
Ohjaaja(t):FM Kimmo Koppström
Rahoitus: Agnico Eagle Finland
վٱä: Katso englanninkielinen sivu
ձ쾱ä: Matti Kakko
Valvoja: Professori Leena Korkiala-Tanttu
Ohjaajat: MSc Henry Gustavsson, MSc Alejandra Lopez Ramirez
Rahoitus:
վٱä:
Tässä työssä käyttöönotettiin kaksi kappaletta uusia GDS Instrumentsin jatkuvapuristeista ödometrilaitetta Aalto-yliopiston maalaboratorioon. Työn tarkoituksena oli selvittää laitteiden käyttöönotossa ilmenevät ongelmat ja etsiä ratkaisuja niihin. Lisäksi laadittiin tulkintapohjat MATLAB- ja Excel -ohjelmistoille sekä käyttöohjeet laitteistoille.
Laitteiden käyttöönotossa ilmeni useita ongelmia. Ongelmat liittyivät laitteiston osiin, mekaaniseen käyttäytymiseen ja ohjelmistoon. Laitteiston osiin kohdistuneet ongelmat saatiin ratkaistua ja mekaaniseen käyttäytymiseen liittyvistä ongelmista päästiin tietoisiksi, jotta ne voidaan huomioida kokeita suorittaessa. Ohjelmistollisiin ongelmiin ei tässä työssä luotu ratkaisuja.
Uusilla jatkuvapuristeisilla ödometrilaitteilla suoritettiin myös koesarjat rinnakkain keskenään ja rinnakkain portaisten ödometrilaitteiden kanssa. Saatuja koetuloksia verrattiin portaittaisen ja jatkuvapuristeisen kokeen välillä ja tarkasteltiin koetulosten oikeellisuutta verrattuna tunnettuun tietoon saven käyttäytymisestä yksiaksiaalisen puristuksen alaisena.
Laitteistoilla saadut koetulokset todettiin suurusluokaltaan oikeiksi ja keskenään vertailukelpoisiksi. Laitteistojen tarkempi vertailu vaatii lisää keskenään verrattavissa olevia koetuloksia.
Author: Anssi Luoma
Supervisor: Professor Leena Korkiala-Tanttu
Advisor(s): Dsc. Anoosheh Iravanian, MSc. Henry Gustavsson
Funding:
Abstract:
The use of recycled materials is the key component of sustainable development in the construction industry. This study examines the suitability of recycled materials obtained from the Turku region for non-load bearing wall structure using both rammed earth and casting methods.
The traditional method of rammed earth involves compacting damp natural soil inside a mold. The mold may be removed immediately after compacting the soil, leaving behind well-structured compacted earth. Casting technique was specifically studied focusing on precast interlocking concrete blocks. For both techniques the objective was to create suitable and environmentally friendly material using recycled materials. The materials used as binders were bio-based fly ash and bottom ash, blast furnace slag and CEM III/B. Crushed concrete and quarry fines were used as aggregates.
Laboratory tests, such as ultrasonic pulse velocity, unconfined compression test and freeze-thaw tests were carried out to investigate the properties and suitability of the recycled materials for the selected construction methods. The results were juxtaposed with prior studies, and certain recycled materials exhibited promising outcomes in terms of their suitability for non-load bearing wall structures.
Author: Abdi Wayu
Supervisor: Professor Leena Korkiala-Tanttu
Advisor(s): MSc. Henry Gustavsson, Dsc. Anoosheh Iravanian
Funding: SIBELCO
Abstract:
Use of recycled glass is on the increase due to its environmental and economic benefits. This has now resulted in surplus of fine-grained sand coming out of quartzite quarrying operations within the Nilsiä district that for years has served as one of main raw materials for glass and china production facilities. This excess has created a problem, necessitating a re-evaluation and investigation of other applications for this resource.
This thesis investigates the suitability of using secondary material and side stream products in combination with fine grained Nilsiä sands as a construction material. The main focus of this study is to determine the technical properties of Nilsiä sand by laboratory testing and evaluate its applicability in earth construction in a sustainable way.
Literature review was conducted to find earlier studies conducted concerning the use of fine-grained sand as a construction material. The filler and aggregates used in this study were silica sand from Nilsiä as well as varying sizes of quarry fines. The used binders were namely: cement, fly ash, lime kiln dust and bottom ash. The index properties of fine-grained Nilsiä sand were experimentally measured through sieve analysis test, modified Proctor compaction test and specific gravity test. By using Nilsiä sand and quarry fines as frame material and addition of different binders, stabilized sand mixtures were produced. The binders were tested for flexural and compressive strength. A uniaxial compression test was performed to determine compressive strength of all stabilized mixtures. The durability of stabilized mixtures was tested in a freeze-thaw test.
In conclusion, from the two recipes, the stabilized mixtures made of Nilsiä sand, quarry fines 0-8 mm using binders fly ash and lime kiln dust could fulfill the targeted minimum compressive strength of 5 MPa.
ձ쾱ä: Juho Laulajainen
Valvoja: professori Leena-Korkiala-Tanttu
Ohjaajat: professori Jouni Punkki, DI Sauli Maanpää
Rahoitus: Betoniteollisuus ry, ääٴ, SM Maanpää Oy
վٱä:
Tässä diplomityössä selvitetään teräsbetonipaalujen säilyvyyttä maaperässä sekä paalujen ikääntymiseen vaikuttavia tekijöitä. Työssä tarkastellaan teräsbetonisten paalujen käyttöikäsuunnittelun periaatteita erityisesti aggressiiviseksi luokitelluissa olosuhteissa. Tavoite on lisätä tietoa teräsbetonipaalujen käyttöikäsuunnitteluun ja tarkastella nykyisen käyttöikäsuunnittelun perusteluita. Teräsbetonipaalun etuja ovat edullisuus, asennuksen nopeus sekä suuret tunkeutumissyvyydet. Tutkimus koostuu kirjallisuusselvityksestä, in-situ-tutkimuksista ja laboratoriotutkimuksista. Työ oli tarkoitus toteuttaa pääasiallisesti kokeellisena vanhoista paaluista kerätyistä näytteistä. Tutkimusaikataulun puitteissa paalunäytteitä kerättiin yhteensä kahdesta kohteesta Turusta ja Espoosta. Näytteitä ei löydetty aggressiiviseksi luokitelluista olosuhteista. Tässä tutkimuksessa esitetyt johtopäätökset säilyvyydestä aggressiivisissa olosuhteissa nojautuu kirjallisuudesta löytyneeseen aiempaan tutkimustietoon.
Tutkimuksen keskeisimpiä havaintoja on, että teräsbetonipaaluilla on erinomaiset olosuhteet lujuudenkehitykseen ja paalujebetonin pitkäaikaislujuus on huomattavasti mitoituslujuutta korkeampi. Paalut ovat yleensä suojassa betonin yleisimmiltä rasitustekijöiltä, karbonatisoitumiselta, pakkasrasitukselta ja kloridirasitukselta. Kirjallisuus- ja maastotutkimusten perusteella sulfaattien esiintyminen on rannikkoseudulla yleistä, mutta maaperä on vain harvoin paaluille haitallista ja aggressiivista. Vaikka sulfaattiriski ei ole yleinen, on siihen suhtauduttava vakavasti ja maaperän todellinen happamuus on 100 vuoden käyttöikää ajatellen aina selvitettävä. Tutkimuksen johtopäätöksissä on esitetty ohjeellinen menettelytapa suunnittelijoille maaperän aggressiivisuuden selvittämiseksi.
Avainsanat: teräsbetonipaalu, säilyvyyssuunnittelu, sulfidisavi, hapan sulfaattimaa, käyttöikä
ձ쾱ä: Pyry Venho
Valvoja: professori Mikael Rinne
Ohjaajat: Tuomo Hänninen
Rahoitus: INFRA ry:n louhintajaosto
վٱä:
Tämän diplomityön tilasi INFRA ry:n louhintajaosto RIL 253-2010 Rakentamisen aiheuttamat tärinät -ohjeistuksen päivitysehdotuksen tueksi.
Työssä tutkittiin tärinää, joka syntyy louhintaräjäytysten yhteydessä. Työssä tehtiin aluksi alan asiantuntijoiden haastatteluilla tuettu kirjallisuuskatsaus, jossa tutkittiin miten tärinä aiheuttaa vaurioita rakenteisiin, minkälaisia nykyisiä suomalaisia ja ruotsalaisia ohjearvoja on, mikä on niiden historia sekä sitä, miten nykyistä tärinäohjeistusta voisi parantaa. Kirjallisuuskatsauksen jälkeen tehtiin mittava empiirinen koe. Kokeessa rakennettiin testirakennus, josta mitattiin vieressä tehtyjen koeräjäytysten tärinöitä ja tarkasteltiin vaurioiden syntymistä.
Tuloksina huomattiin vaurioiden syntyvän siirtymän arvojen mukaisesti, sekä koeräjäytysten hidasteaikojen vaikuttavan tärinän taajuuteen merkittävästi. Huomattiin myös, että tärinä kallioperässä painottui pituussuuntaisiin tärinöihin, mutta rakenteeseen siirtyessä pystysuuntainen komponentti oli merkittävämpi kuin vaakasuuntaiset komponentit. Ainoa tärinän poikkeavuus rakenteessa oli seinän keskeltä mitatut tärinät. Siinä seinää vasten kohtisuora komponentti oli suurin, sillä seinä jäi värähtelemään keskeltä pidempään muihin mittauspisteisiin verrattuna. Työn perusteella taajuus ei välttämättä muutu etäisyyden mukaan, jolloin siirtymää, tai taajuutta, kannattaa mitata lähietäisyyksillä.
ձ쾱ä: Samu Mustonen
Valvoja: professori Jussi Leveinen
Ohjaajat: DI Aki Peltola
Rahoitus: Tampereen kaupunki ja Tampereen Raitiotie Oy
վٱä:
Investointeja koskevan julkisen päätöksenteon tulisi pohjautua aina mahdollisimman laadukkaaseen ja luotettavaan kustannusarvioon. Tämä edellyttää laadukasta ja luotettavaa kustannustietoa. Päästötavoitteet ja kaupungistuminen vaikuttavat joukkoliikenneinvestointien määrään. Nämä ovat luoneet tarpeen lisätä tilaajaosapuolten kustannustietoisuutta infrahankkeisiin liittyen. Diplomityössä tutkitaan mistä raitiotierakentamisen kustannukset muodostuvat ja mitkä asiat kustannuksiin vaikuttavat. Tavoitteena on mallintaa raitiotien päällysrakenteen rakennusosat panospohjaisesti Ihku-kustannuslaskentapalvelun rakennusosakirjastoon.
Tutkimus toteutettiin asiantuntijahaastatteluin, tutkimalla Suomessa käytössä olevia määrämittaus- ja kustannuslaskentaohjeita sekä raitiotien suunnitteluohjeita. Työssä selvitettiin mitä rakennusosia raitiotien päällysrakenne käsittää, mitkä ovat niiden tuotanto-osat, mitä erilaisia panoksia niiden toteuttamiseksi tarvitaan ja minkälaisia kokonaiskustannuksia mallinnetuilla rakennusosilla saadaan laskemalla eri hankkeiden kustannusarvioita uudelleen.
Tutkimuksessa selvisi, että Suomessa ei ole kattavia ja standardisoituja raitiotien rakennusosia määriteltynä samaan tapaan kuten esimerkiksi rautatierakenteille on Infra 2015 Määrämittausohjeessa. Raitiotien rakennusosia mallinnettiin panospohjaisesti asiantuntijahaastatteluita, soveltuvia rautatie- ja katunimikkeitä, olemassa olevan Helsingin kaupungin kantaverkon tietoja sekä käynnissä olevien suurten raitiotiehankkeiden tietoja hyödyntäen. Mallinnettuja rakennusosia testattiin laskemalla eri raitiotiehankkeilta saatuja määräluetteloita kokonaiskustannustietoineen uudestaan diplomityössä muodostuneilla yksikköhinnoilla.
Muodostetut yksikköhinnat toimivat testilaskentojen perusteella suurilla hankkeilla, mutta laskentakohteen pienentyessä rakennusosien ja yksikköhintojen epävarmuustekijät tulevat esiin. Mallinnetut rakennusosat ovat silti tarpeeksi tarkkoja käytettäviksi kustannusarvioissa. Kehitysehdotuksena on annettu mallinnettujen rakennusosien jatkotestaus tarkemmilla lähtötiedoilla ja raitiotien päällysrakenteen rakennusosapakettien tekeminen laskentapalveluun.
ձ쾱ä: Mathias Lauraeus
Valvoja: professori Mikael Rinne
Ohjaajat: DI Paavo Jääskeläinen
Rahoitus: Destia Ltd, Bang & Bonsomer Ltd, Betulium Ltd, Normet Ltd
վٱä:
Ruiskubetonointi on laajasti käytetty kallion lujitusmenetelmä, jolla vaikutusta kalliorakentamisen ja maanalaisen kaivostoiminnan hiilijalanjälkeen. Mahdollisia menetelmiä pienentää ruiskubetonin hiilijalanjälkeä ovat esimerkiksi osan sementistä korvaaminen uusilla vähähiilisillä materiaaleilla tai nuoren ruiskubetonin plastisen myötörajan kasvattaminen pienentämättä ruiskubetonin vesi-sementtisuhdetta. Nuoren ruiskubetonin plastisella myötörajalla on vaikutuksia muun muassa hukkaroiskeeseen sekä kerralla ruiskutettavaan maksimikerrospaksuuteen.
Mikrokuituselluloosa (MFC) on herättänyt kiinnostusta ruiskubetoniteollisuuden saralla sen mahdollisuuksista pienentää ruiskubetonoinnin hiilijalanjälkeä sekä parantaa kustannustehokkuutta. MFC:llä on betonin reologiaa muokkaavia vaikutuksia, kuten leikkausohenevuus ja korkea viskositeetti levossa. Näillä ominaisuuksilla on potentiaalia parantaa ruiskubetonin alkulujuutta ruiskutuksen jälkeen sekä vähentää ruiskubetonimassassa tapahtuvaa erottumista. MFC tuotetaan sokerijuurikasteollisuuden sivutuotteista, minkä vuoksi materiaalilla on erittäin pieni hiilijalanjälki.
Tässä työssä oli tarkoitus tutkia MFC:n hyötyjä ruiskubetonisovelluksissa laboratoriokokeiden avulla. Päätavoitteena oli selvittää parantaako MFC ruiskubetonimassan varhaislujuuden kehitystä. Lisäksi selvitettiin materiaalin vaikutuksia työstettävyyteen, erottumiseen, ilmamäärään, loppulujuuteen, tartuntalujuuteen sekä yhteensopivuuteen hidastinlisäaineiden kanssa.
Tulokset osoittavat, että MFC parantaa kiihdytetyn ruiskubetonin alkulujuutta. MFC kuitenkin kasvattaa ruiskubetonimassan viskositeettia sekä ilmamäärää MFC:n annostusta nostaessa. Materiaalilla ei todettu olevan vaikutuksia hidastinlisäaineiden toimintaan. Tuloksista ilmeni myös, että MFC ei vaikuta merkittävästi ruiskubetonin loppulujuuteen tai tartuntalujuuteen kiveen.
ձ쾱ä: Mikko Aarnio
Valvoja: professori Mikael Rinne
Ohjaajat: Tuomo Hänninen
Rahoitus: Bergwerk Oy
վٱä:
Räjäyttäminen on käytetyin menetelmä kallion rikkomisessa kaivosteollisuudessa ja infrarakentamisessa. Yksi räjäyttämisen sivuvaikutuksista on, että se aiheuttaa tärinöitä, jotka voivat olla vahingollisia rakennelmille. Räjäytysten aihettamat tärinät ovat usein rajoittava tekijä räjäytyksen suunnittelussa ja, jotta tärinöitä voitaisiin kontrolloida, on tärkeää ymmärtää mitkä parametrit niihin vaikuttavat.
Tässä työssä on tutkittu tärinöitä, jotka syntyvät kun räjähdepanos sytytetään molemmista päistä samaan aikaan. Kun räjähdepanos sytytetään molemmista päistä samaan aikaan, syntyy ilmiö nimeltään "iskuaaltojen törmäys", jossa törmäyksestä syntynyt lopullinen paine on suurempi kuin alkuperäisten iskuaaltojen aiheuttamien paineiden summa.
Tätä tutkittiin räjäytyskokeella, jossa pohjalta, pinnalta ja molemmista päistä sytytettyjen räjähdepanosten aiheuttamia tärinöitä verrattiin keskenään. Lisäksi detonaation suunnan vaikutusta suhteessa mittauspisteen suuntaan tutkittiin ja räjähdysnopeus (VOD) -mittauksia suoritettiin kullekin eri sytytystavalle. Molemmista päistä sytytettävän panoksen räjähdysnopeuden mittaamiseksi rakennettiin erityinen T-reikä, joka mahdollisti räjähdysnopeuden mittaamisen kahdelta detonaatiorintamalta samanaikaisesti.
Räjäytyskokeen tulosten perusteella vaikutti siltä, että iskuaaltojen törmäyksestä ei seuraa suuremmat maksimaaliset heilahdusnopeudet (PPV) kuin pohjalta tai pinnalta sytytettävistä panoksista, mutta tarkkoja päätelmiä sen vaikutuksesta tärinöihin ei pystytty tekemään. Lisäksi pääteltiin, että mitatut tärinät ovat voimakkaampia, kun ne on mitattu samalta suunnalta, minne detonaatio etenee, verrattuna mittaukseen vastakkaiselta suunnalta. Räjähdysnopeusmittaukset osoittivat, ettei pohjalta ja pinnalta sytytettyjen panosten räjähdysnopeuksissa ole merkittäviä eroja. Lisäksi molemmista päistä sytytetyn panoksen detonaatiorintamissa ei ollut havaittavissa mitään poikkeavaa käyttäytymistä törmäyksen läheisyydessä.
ձ쾱ä: Ville Nieminen
Valvoja: professori Mikael Rinne
Ohjaajat: Lauri Uotinen, Masoud Torkan
Rahoitus:
վٱä:
Kalliorakoon vaikuttavat hydromekaaniset prosessit ovat riippuvaisia sen yksittäisen kallioraon ominaisuuksista sekä siihen liittyvien rakoverkostojen ominaisuuksista ja niiden geometriasta, suunnasta ja raon seinämiin vaikuttavista jännityksistä. Kallioraon hydromekaanisia ominaisuuksia säätelevät useat parametrit, kuten kosketuspinta-ala, karheus, mutkittelevuus, rakoavauma, kanavointi, koko, normaalijännitys, virtaustyyli ja virtauksen rajaolosuhteet.
Numeerista mallinnusta käytettiin tutkittaessa karheuden, rakoavauman, vedenpaineen ja erilaisten virtauksen rajaolosuhteiden vaikutuksia nesteen virtaukseen kallioraossa. Virtauslinjoja, virtausnopeuuksia sekä raon sisäistä vedenpainejakaumaa käytettiin apuna tutkittaessa virtauksen käyttäytymistä kallioraossa. Simulointimalli kehitettiin COMSOL Multiphysics -elementtimenetelmäohjelmistolla ja malli simuloitiin numeerisesti käyttäen Navier-Stokes -yhtälöitä.
Tässä työssä muodostettiin 20 virtaussimulaatiota. Näytemateriaalina käytettiin 250 mm × 250 mm × 110 mm:n kokoista kivikuutiota, jonka halki kulki keinotekoinen kalliorako. Fotogrammetriaa käytettiin apuna mallin luomisessa. Laminaarinen nesteen virtaus kallioraon sisällä simuloitiin x- ja y-akselin suunnissa, nousevalla vedenpainetasolla, normaalijännityksen ollessa 0 Mpa. Simuloidut vedenpaineet olivat 5 kPa - 50 kPa, 5 kPa:n välein. Numeerinen malli tarkistettiin ja todennettiin laboratoriotutkimusten avulla.
Työn tulokset osoittavat, että vedenpainegradientin ja virtausnopeuden välinen suhde on epälineaarinen mikä näyttäisi osoittavan virteuksen olevan turbulenttista. Nesteen virtauksen kanavoimituminen sekä paineen jakautuminen kallioraon sisällä lisääntyvät vedenpaineen kasvaessa. Nesteen virtausnopeuden kasvu kallioraon sisällä vedenpaineen kasvaessa, on epälineaarista ja nesteen virtausnopeuden kasvunopeus laskee veden paineen kasvaessa.
Numeerisen mallinnuksen tulosten ja laboratoriotulosten vertailu vahvistaa, että kallioraon 3D-geometrialla on ratkaiseva rooli raon läpäisevyyden määrittelyssä, erityisesti epälineaarisessa virtauksessa. Työssä esitetyn menetelmän avulla voidaan luokitella rakoilleen kiven virtausominaisuuksia sekä arvioida erilaisia kalliotekniikan menetelmiä ja toteutusta.
Author: Bruk B. Dejenie
Supervisor: professor Leena Korkiala-Tanttu
Advisors: Henry Gustavsson (AALTO), Juha Forsman (Ramboll) and Tapio Vehmas (VTT)
Funding: Helsinki city, Espoo City, Vantaa City, Finnish transport infrastructure agency (FTA), and Tiina and Antti Herlin Foundation
վٱä:
ձ쾱ä: Nina Tanskanen
Valvoja: professori Mikael Rinne
Ohjaaja: DI Max Pihlström
۳ٱٲötaho: Sitowise Oy
վٱä:
Rakennusala aiheuttaa Suomessa vuotuisesti noin 1,5 miljoonaa tonnia kasvihuonekaasupäästöjä. Ilmastonmuutoksen torjuminen vaatii kasvihuonekaasupäästöjen vähentämistä kaikilla aloilla. Tämän työn tavoitteena oli kartoittaa keinoja, joilla kalliorakennussuunnittelija voi vaikuttaa kalliorakennushankkeen hiilijalanjälkeen. Aihetta tutkittiin kirjallisuuskatsauksen ja case-esimerkin avulla. Kalliorakentaminen sisältää kohteen louhinnan, lujituksen ja tiivistyksen, joista tyypillisesti suurin osa kasvihuonekaasupäästöistä syntyy louhinnasta ja lujituksesta. Kalliolaadusta riippuen lujituksesta johtuvat kasvihuonekaasupäästöt saattoivat olla moninkertaiset louhintaan verrattuna. Työssä keskityttiin erityisesti lujitukseen, sillä kalliorakennussuunnittelijan parhaat vaikutusmahdollisuudet hiilijalanjälkeen osoittautuivat olevan lujitussuunnittelussa.
Case-esimerkissä arvioitiin yhden yleissuunnitelman mukaisen Espoo–Salo-oikoradan tunnelin kasvihuonekaasupäästöt erilaisten lujitussuunnitelmien ja materiaalivalintojen mukaan. Etenkin ruiskubetonoinnista johtuvat kasvihuonekaasupäästöt olivat merkittävät. Lisäämällä lujituspulttien määrää ja vähentämällä ruiskubetonia voitiin case-esimerkissä lujitusmateriaaleista johtuvia kasvihuonekaasupäästöjä pienentää 20–54 %. Esimerkkitunnelin louhintavaiheen kasvihuonekaasupäästöt pienenivät kokonaisuudessaan 27 % optimoimalla lujitussuunnitelmaa kasvihuonekaasupäästöjen mukaan. Tarkemmalla suunnittelulla ja ylilujittamisen välttämisellä on mahdollista pienentää kasvihuonekaasupäästöjen määrää kalliorakennussuunnittelijan toimesta.
ձ쾱ä: Mikael Dahlström
Valvoja: professori Mikael Rinne
Ohjaaja(t):
۳ٱٲötaho:
վٱä:
ձ쾱ä: Taavi-Waltteri Valjakka
Valvoja: professori Leena Korkiala-Tanttu
Ohjaaja: DI Juha Forsman & TkT Inka Reijonen
Rahoitus:
վٱä:
ձ쾱ä: Angela Quintero Martinez
Valvoja: professori Wojciech Sołowski
Ohjaaja: Mauri Kulman, Lic. Sc. (Tech.)
Rahoitus: ääٴ
վٱä:
Traditionally, pseudo-static analyses have been used to evaluate the influence of dynamic forces on structures. In this approximation, a static force is amplified by a dynamic factor. Then it is assumed that the effects on the structure due to a pseudo-static load are equivalent to the real effect of a dynamic force. However, pseudo-static approximation may constitute an oversimplification of dynamic problems and result in overdesigning. With the new developments in the numerical methods field, we could more accurately analyse the impact of dynamic loadings using advanced computational tools such as FEM models. In this work, using FEM models, a comparison between pseudo-static and dynamic analysis was done to evaluate the influence of railway traffic on nearby structures.
A total of 40 simulations were run corresponding to 10 modelling cases (6 pseudo-static, 4 dynamic) and 4 cross-sections (without structures, with slabs under railway line and retaining walls).
The results showed that the pseudo-static approach might be appropriate to assess the influence of railway traffic on nearby structures, with some limitations regarding the estimation of displacements. In other words, it may not be necessary to do a dynamic model to evaluate the effects of traffic loadings on structures.
ձ쾱ä: Saranya Ravichandren
Valvoja: professori Augusto Cannone Falchetto
Ohjaaja: Di Wang
Rahoitus: Morebit Project
վٱä: Katso englanninkielinen sivu
ձ쾱ä: Tariq Ullah
Valvoja: professori Augusto Cannone Falchetto
Ohjaaja: Sebastian Bussman (West Coast Road Masters, Finland), Henry Gustavsson (Aalto University)
Rahoitus: Fingrid
վٱä:
Katso englanninkielinen sivu
Author: Hannu Saarentaus
Supervisor: professor Leena Korkiala-Tanttu
Advisors: Silke Savikurki and Tiina-Liisa Toivanen (Espoo)
Funding: Espoon kaupungin geotekniikkayksikkö
Abstract:
Tässä diplomityössä tutkitaan kahdella eri siipikairauslaitteistolla mitattuja hienorakeisten maalajien suljettuja leikkauslujuuksia. Tutkimuksen rahoitti Espoon kaupungin geotekniikkayksikkö. Vertailtavina laitteina ovat Espoossa pitkään käytössä ollut Nilcon-mallinen mekaaninen siipikairauslaitteisto sekä keväällä 2020 hankittu uudempi ja osin automatisoitu sähköinen siipikairauslaitteisto Geomachine GM4W. Siipikairauksia on tutkimusta varten tehty Espoossa neljällä eri alueella loka-joulukuussa vuonna 2020. Alueet olivat Finnoonpuro, Kalajärvi, Monikonaukea sekä Tapiolan urheilupuisto. Alueiden valintaan vaikuttivat savikon paksuus, laajuus ja syntyhistoria.
Kullekin alueelle tehtiin kahdesta kolmeen vertailevaa tutkimusparia, joissa siipikairaus suoritettiin kummallakin laitteella. Siipikairauksilla tehtiin tutkimuksen yhteydessä yhteensä 216 havaintoa leikkauslujuudesta kaikkiaan 21 eri pisteessä. Kahdessa tutkimuspisteessä vertailuun käytettiin Espoon pohjatutkimusrekisterissä olevia, aiemmin tehtyjä siipikairaustuloksia. Siipikairausten lisäksi tutkimuspaikoilta otettiin häiriintymättömiä maanäytteitä ja tutkittiin laboratoriossa 70 maanäytettä. Näistä pyrittiin määrittämään maalaji rakeisuuden perusteella, vesipitoisuus, huokoisuus, tilavuuspaino ja humuspitoisuus. Lisäksi määritettiin leikkauslujuus kartiokokeella niistä näytteistä, joista se oli mahdollista.
Vertailussa havaittiin, että Nilcon-laitteella mitatut leikkauslujuudet olivat useammin suurempia, kuin GM4W:llä mitatut leikkauslujuudet. Leikkauslujuuksien ero vaihteli välillä 0,1…23,9 kPa. Suurimmat vaihtelut selittynevät maaperän heterogeenisuudella, mutta myös kairaustyön suorittamisessa ilmeni eroja. Lisäksi nykyisen Nilcon-laitteiston käyttö ei mahdollista siipikairausohjeiden täysimääräistä noudattamista. Yhtenä suurimmista tekijöistä on siiven pyöritysnopeus ja sen vakiona pitäminen mittauksen aikana. Nykyisellä Nilcon-laitteistolla ei myöskään voi käyttää suojaputkia kairaustankojen ympärillä, jotka poistaisivat maaperän aiheuttaman tankokitkan.
GM4W:n todettiin olevan mittauslaitteena luotettavampi, koska mittaukset ovat toistettavampia ja ohjeiden mukainen mittaustilanne helpommin saavutettavissa. Alkuasetusten määrittämisen jälkeen mittaustulokset saadaan GM4W:stä suoraan sähköisessä muodossa eikä niitä tarvitse erikseen tulkita, kuten Nilconia käytettäessä.
Author: Jonas Heinzler
Supervisor: Prof. Mikael Rinne
Advisor: Dr. Martin Held and Evan Hagenlock (Austin Powders)
Author: Heidi Kaukinen
Supervisor: Jussi Leveinen
Advisor: Ari Huomo
Funding: ääٴ
վٱä
Hankeosalaskenta on infrahankkeiden varhaisemmissa suunnitteluvaiheissa käytetty laskentamenetelmä, jossa hankkeen kustannusarvioita pyritään ennustamaan vielä puutteellisten ja epävarmojen lähtötietojen pohjalta. Sitä voidaan kutsua tavoitekustannuksen asettamisen ja kustannusohjauksen välineeksi. Hankeosalaskennalla ei pyritä hinnoittelemaan suunnitelman mukaisia ratkaisuja, vaan hankeosamalli mallintaa kustannukset laajuuden, olosuhteiden ja tavoitelaatutason pohjalta.
Tämän diplomityön pyrkimyksenä on selvittää edellytyksiä hankeosalaskennan toteuttamiseen. Työssä selvitetään, mihin tarpeisiin hankeosalaskennalla voidaan vastata, mitä lähtötietoja on käytettävissä sekä voiko tietomallintamista hyödyntää hankeosalaskennassa. Työssä lähestytään hankeosalaskentaa väylähankkeiden avulla, tarkemmin tie- ja ratahankkeiden. Työssä tiehankkeen näkökulma painottuu kuitenkin enemmän.
Diplomityön tutkimusmenetelmänä käytettiin infra-alan ammattilaisten teemahaastatteluja. Eri alan ammattilaiset antavat oman näkökulmansa hankeosalaskennan toteuttamiseen. Hankeosalaskentaa toteuttaessa on tärkeää tunnistaa lähtötiedot huolimatta siitä, että ne ovat puutteellisia ja epävarmoja infrahankkeiden varhaisissa vaiheissa. Lisäksi hankkeiden osittelussa hanke-, tuote- ja rakennusosiin tulee olla systemaattinen ja noudattaa mahdollisia standardeja. Toisaalta hankkeiden kaikki oleelliset hankeosat tulisi tunnistaa, vaikkei niitä olisikaan esitetty standardoidussa muodossa. Hankeosalaskennan toteuttamisessa tulee painottaa ratkaisuja, jotka ovat pitkällä tähtäimellä kannattavia, eikä vain sitä, mikä on sillä hetkellä helpointa.
Tässä työssä ei tarkastella hankeosalaskennan muutosherkkyyttä, mutta se voisi olla tarpeellinen jatkotutkimuksen kohde.
Author: Fanny Strandström
Supervisor: Mikael Rinne
Advisor: Miika Kalliokari
Collaborative partner: Kalliosuunnittelu Rockplan Oy ltd
Abstract
Sealing the tunnels against water inflow is an important step in tunnel construction projects. Finland and Sweden have similar geologies, that is why it is interesting to observe that the grouting design approaches differ from each other significantly. This thesis is a comparative study where the differences in grouting design and execution of grouting in Finland and Sweden are mapped. A case study is also conducted in this thesis.
In Finnish civil projects the grouting design is based on experiences and empirical knowledge, while in Sweden, a much more theoretical approach is applied when drafting the grouting design. The reasons behind these differences are discussed throughout the thesis. The view in Finland is that the geology is difficult to precisely predict as the rock’s properties measured in the pre-investigation phase are point specific. For this reason, a design that can be self-adjusting and adapted to the actual site conditions is important. This is obtained by conducting measurements at probe-holes and grouting holes prior to the actual grouting activity and based on the results of the on-site measurements, the design parameters are updated and evaluated by the designer. In Sweden, the view is that the best grouting results are obtained by adapting analytical equations to the design. The expected apertures are calculated analytically based on the measured transmissivities and conductivities in the pre-investigation phase. Then, the penetration lengths and the necessary grouting times are calculated with the equations presented in chapter 3. The different design approaches lead to very different grouting parameters in regards of both pressure and pumped volumes.
In the case study the extensions of the capitol city subway lines in Finland and Sweden are compared and the grouting of the nuclear repositories’ test tunnels in ONKALO, Posiva and the TASS tunnel in Äspö are compared.
The differences in the grouting design and execution of the grouting design in the West metro subway extension in Finland and Blue Line project in Sweden were significant. In the West metro project higher pressures were used and the maximum allowed grouting volumes were up to 26 times larger compared to the Blue line project. It was also interesting to see that more pre-investigations were done in the West metro project compared to the Blue line project, even though the Blue line project used the theoretical approach in the grouting design.
The repositories differences in grouting design were minor. In Finland freshwater grouting is conducted prior to the actual grouting to clean the fractures while in Sweden, it is unknown if this additional step is being taken.
Keywords: Grouting, Länsimetro, West metro, Blue line, Repository, Posiva, SKB, Tunnelling, Hydrogeology
Author: Mia Roslund
Supervisor: Mikael Rinne
Advisor: Jari Heikkilä
վٱä
Kaupungistumisen myötä maanalaisten jätevedenpuhdistamojen määrä on alati kasvamassa. Maanalle rakentaminen ei ratkaise vain maanpäällisen tilan puutetta vaan estää myös haitallisten sivuvaikutusten vaikutusta puhdistamon naapurustoon. Suomen kaltaisissa maissa, joissa kallion pinta kulkee lähellä maanpintaa maanalle rakentaminen lähes poikkeuksetta tarkoittaa kallioon rakentamista. Näin myös tässä työssä. Vaikka maanalaisia jätevedenpuhdistamoja on rakennettu paljon, niistä on varsin vähän tietoa, eikä rakennusprojektien välistä dataa ole aiemmin koottu ja vertailtu. Tässä työssä tutkittiin kunnallisten jätevedenpuhdistamojen rakentamista kalliotilaan. Työn tarkoituksena oli löytää toiminnalliset ja geotekniset suunnittelun reunaehdot. Työ suoritettiin kirjallisuus- ja case-tutkimuksena Blominmäen ja Sulkavuoren jätevedenpuhdistamojen rakennusprojektien suunnittelusta.
Kirjallisuustutkimuksen pohjalta löydettiin toiminnallisen suunnittelun reunaehdoiksi veden laatu ja vedenpinnan korkeus purkuvesistössä, jäteveden laatu ja määrä sekä jäteveden puhdistustavoite. Geoteknisen suunnittelun reunaehdoiksi kirjallisuuden pohjalta löydettiin vaadittujen kalliopilarien ja -katon paksuus, ennakoidut heikkousvyöhykkeet, kriittisimmät tilageometriat, geologiset tutkimukset, laboratoriotutkimukset sekä kalliomekaaniset simuloinnit. Reunaehdoiksi, jotka eivät koskeneet vain toista suunnittelualaa, vaan joilla oli vaikutusta molempiin suunnittelualoihin, löydettiin tulo- ja purkutunnelien linjaus sekä maanpäälliset olosuhteet.
Case-tutkimuksissa tutkittiin löydettyjen reunaehtojen toteutumista tutkituissa projekteissa. Tutkimuksen pohjalta todettiin kirjallisuustutkimuksessa löydettyjen reunaehtojen pätevän tutkittujen puhdistamojen suunnittelussa. Näiden reunaehtojen todettiin antaneen suunnittelulle tärkeää informaatiota tai olleen arvoja, jotka pysyivät muuttumattomina määrittämisensä jälkeen. Jokainen näistä ehdoista ohjasi suunnittelua eteenpäin ja auttoi löytämään, mikä on väistämätöntä ja mihin on välttämätöntä löytää ratkaisu.
Keywords: Underground wastewater treatment plant, rock design, WWTP design, design boundaries
Author: Markus Prittinen
Supervisor: Jussi Leveinen
Advisor: Dr Mateusz Janiszewski
Funding: none
Abstract
It is important to have good data for making safe tunnel designs. An understanding of the prevailing discontinuities is crucial to evaluate the quality of the rock mass and reinforcement needs. Photogrammetry using Structure-from-Motion is a 3D-scanning technique from which one can make 3D representations of real-life objects using 2D-photos. The 3D-models allows for more automated and faster discontinuities mapping than traditional compass methods. The research location is the Underground Research Laboratory of Aalto University (URLA), which is a tunnel complex located in underneath Otaniemi campus at Aalto University in Espoo Southern Finland.
The research questions are: What are the challenges in tunnel photogrammetry? What are the most efficient methods in capturing tunnel environments? Are 360- and action cameras a viable alternative to more traditional photogrammetry methods using DSLR cameras? Do the methods used produce 3D-models good enough for identifying rock futures and for doing measurements and discontinuity mapping?
In this thesis different cameras are compared for Structure-from-Motion photogrammetry, a DSLR camera, a 360-camera, and a GoPro rig that was developed during the research. The GoPro rig combines four GoPro action cameras using a plastic frame and 3D-printed parts and can be used both handheld and on a tripod. An experiment is done using constraints for how close to an unsupported walls work can be done, to simulate a tunnel under construction. The accuracy, speed and resolution of each method is measured. The geometric accuracy is compared with measurements from a laser measurement tool. Traditional compass measurements of discontinuity sets are compared with measurements from 3D-models gathered, including semi-automated measurements of discontinuities in Discontinuity Set Extractor. The results show that out of the methods compared the DSLR method is most accurate and the 360-camera least accurate, yet each method produces a point cloud accurate enough for automatic discontinuity set measurements. Out of the methods tested the GoPro rig was proven to be both the fastest and cheapest method in acquiring images for photogrammetry.
Author: Ying-Ching Lin
Supervisor: Solowski Wojciech
Advisors: LauriSavolainen(Ramboll Finland Oy) and Taavi Dettenborn (Ramboll Finland Oy)
Funding: Foundation for Aalto university science and technology
Abstract:
Railway embankment design plays an important role in ensuring comfort, safety and timely operation of railways, which are the three greatest concerns for railway passengers and operators. When adopting a material in railway embankments, which is Leca LWA in this thesis, it is necessary to evaluate it from geotechnical design perspectives.
To demonstrate the use of Leca LWA in railway structures, this thesis aimed to determine the suitable cover and the optimal location for Leca LWA in railway embankments, as well as to evaluate the effect of high cycle train loads on Leca LWA. These were done by analyzing three key aspects in railway geotechnical design including bearing capacity, embankment stability and the displacement induced by cyclic loading. Numerous combinations of different thicknesses of railway substructure layers with multiple subgrade options were adopted for these analyses to serve the purpose of determining the most advantageous depth and location for Leca LWA.
The bearing capacity was verified by using the Odemark method. The embankment stability of railway embankments was computed by using Plaxis. The displacement induced by cyclic loading was analyzed by using Plaxis SSC model, which accumulated the plastic strain over time. The analysis results were further used to validate the HCA model established by Wichtmann et al., (2005). This HCA model was used to replicate the result of cyclic compression tests on Leca LWA, which the plastic strain was accumulated due to high cycle loads. Consequently, this thesis achieved to estimate the magnitude of plastic displacements under high cycle train loads by correlating the time provided by Plaxis simulations and the number of cycles given by the HCA model.
This thesis could benefit the designers who are interested in using Leca LWA as a railway embankmentmaterial. Additionally, this thesis brought the opportunity of using the HCA model and Plaxis SSC model to simulate the accumulated plastic strain due to high cycle train loads.
ձ쾱ä: Jyri Liukko
Valvoja: Mikael Rinne
Ohjaaja: Visa Myllymäki
վٱä:
վٱä
Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää kalliorakennustyömaan hiilijalanjälki perinteistä poraa ja räjäytä -menetelmää käytettäessä.
Kuinka paljon päästöjä aiheutuu? Tutkimuksen tärkeimpänä elementtinä oli selvittää kuinka paljon mikäkin kalliorakentamisen osa-alue vapauttaa kasvihuonekaasuja; voidaanko näiden päästöjen syntyyn vaikuttaa ja minkälaisia keinoja niiden minimoimiseksi on.
Mitkä mekanismit ovat suurimpien päästöjen takana? Tutkimuksessa selvitettiin päästöjen syntymisen merkittävimmät mekanismit ja muodostettiin näiden pohjalta päästömalli, jota voidaan soveltaa helposti kalliorakennuskohteen päästölaskennassa ja päästöjen arvioinnissa esimerkiksi hankesuunnittelu- ja tarjouslaskentavaiheessa. Päästömallin lopputuote on One Click LCA -yhteenvetotaulukko, joka annetuilla lähtötiedoilla luo pätevän arvion hankkeen hiilijalanjäljestä ja jonka toiminta hankekohtaisessa jälkilaskennassa saatujen tulosten perusteella tarkentuu projekti kerrallaan.
Mitkä kohteen ominaisuudet vaikuttavat päästöihin ja miten? Tutkimuksessa keskityttiin maanalaisiin pysäköintiluoliin ja saatuja tuloksia verrattiin lopuksi case-esimerkkeinä maan päälle rakennettuihin vastaavan kapasiteetin omaaviin betonirunkoisiin pysäköintihalleihin.
Tutkimustuloksena saavutettiin standardisoituihin päästölaskelmamenetelmiin pohjautuva laskelma kuvitteellisen tunnelin louhimisesta syntyvistä päästöistä, joiden yhteenlaskettu suuruus kiintokuutiota kohden jyvitettynä asettuu arvoon 18 kg CO2-ekv/m3ktr. Laskenta suoritettiin käsin käyttäen hyväksi ympäristöselosteista saatuja päästöarvoja. Laskennassa käytetyt määrät vietiin luotettavuuden arvioinnin nimissä One Click LCA -
elinkaariarviointiohjelmaan, jonka avulla saavutettu tulos havaittiin olevan identtinen käsin laskemalla saavutettuun arvoon nähden. Lopuksi työn tilaajayrityksen toimittaman jälkilaskenta-aineiston perusteella luotiin päästölaskelma maanalaisesta pysäköintiluolasta ja maanpäällisestä pysäköintitalosta. Päästölaskelmien perusteella on tehty johtopäätös, jonka perusteella maanalaisen pysäköintiluolan louhinta- ja rakennusvaiheiden
päästöt ovat hieman suuremmat kuin vastaavan kapasiteetin omaavalla maanpäällisellä pysäköintitalolla. Koko elinkaaren aikana syntyvien päästöjen suuruus voi kuitenkin vaikuttaa siihen kumpi rakennustapa on absoluuttisesti pienempi päästöjensä kannalta.
Avainsanat kalliorakentaminen, georakentaminen, hiilijalanjälki, maanalainen lou-
hinta, päästöt, kestävä kehitys kalliorakentamisessa
Author: Iikka Kronqvist
Supervisor: Leena Korkiala-Tanttu
Advisor: Zhongsen Li
Funding: Sitowise Oy ja Helsingin kaupunki
Short abstract:
Tässä työssä tutkittiin Helsingin Malmin lentokenttäalueelta otetuista häiriintymättömistä ja stabiloiduista savinäytteistä Bender element -mittausmenetelmällä määritettyä pienten muodonmuutosten leikkausmoduulia. Työssä selvitettiin eri sideaineiden vaikutusta pienten muodonmuutosten leikkausmoduuliin sekä häiriintymättömien savinäytteiden säilömisen vaikutusta. Lisäksi työssä olennaisena osana oli saatujen mittaustulosten pohjalta kehittää ja parantaa Bender element -mittausjärjestelyjä luotettavampien tulosten saamiseksi.
ձ쾱ä: Vilma Pakkastie
Valvoja: Leena-Korkiala-Tanttu
Ohjaajat: Antti Perälä (SSAB), Aino Sihvola (Sitowise)
Rahoitus:
Lyhyt tiivistelmä:
The thesis is based on a new type RDW drill pile wall by SSAB, which has special profile and a lock profile welded to drill piles.
In the thesis the new RDW drill pile wall is presented, and I have analysed the properties of the RDW wall with analytical calculations as well as with results from laboratory tests for the RDW- lock profile (tensile strength tests). The experimental part also includes constructor interview (about installation of the wall on site) and lifting the RDW-wall to see, if the drill piles are still reusable.
ձ쾱ä: Elis Kivi
Valvoja: Leena Korkiala-Tanttu
Ohjaaja: Mirva Koskinen (Helsingin kaupunki) ja Juha Forsman (Ramboll Finland)
Rahoitus: Suomen geoteknillinen yhdistys
վٱä:
Tässä työssä tutkittiin pohjanvahvistusmenetelmien käyttömääriä Suomessa ja hiilijalanjälkeä tyypillisissä käyttökohteissa. Käyttömääriä selvitettiin kirjallisuusselvityksenä, haastattelututkimuksina ja verkkokyselyä hyödyntäen. Vähemmän suosittujen pohjanvahvistusmenetelmien osalta esitettiin käyttökohteita Suomessa. Hiilijalanjälkeä laskettiin rakentamisvaiheelle, eli päästölaskennassa on huomioitu tuotteiden ja materiaalien valmistuspäästöt, kuljetuspäästöt ja työsuoritteiden päästöt. Laskennassa ei ole huomioitu kunnossapitopäästöjä eikä purkuvaiheesta tulevia päästöjä. Päästölaskelman suunnitteluratkaisut perustuvat arvioituihin tietoihin.
Suosituimmat työssä mukana olevat pohjanvahvistusmenetelmät Suomessa ovat pilaristabilointi, keventäminen kevytsoralla ja vaahtolasimurskeella, esikuormitus ja ylikuormitus painopenkereellä ja massastabilointi. Edellisten lisäksi ovat suosittuja myös paalulaatat ja massanvaihto, mutta nämä ovat rajattuna diplomityön ulkopuolelle. Pilaristabiloinnin ja massastabiloinnin käyttömäärät ovat vuosittaisella tasolla saatavilla, mutta muilla menetelmillä käyttömääriä ei ole tarkasti tiedossa. Pilaristabiloinnin ja massastabiloinnin sideaineseoksella on iso vaikutus menetelmän kokonaispäästöihin. Nykyhetkellä vaahtolasimurskerakenteella voidaan saavuttaa pienemmät hiilipäästöt kuin vastaavalla kevytsorarakenteella. Pilaristabiloinnin, massastabiloinnin ja keventämisen päästöt ovat painottunut käytettyjen tuotteiden ja materiaalien valmistusvaiheen päästöihin. Muiden menetelmien päästöt jakautuvat tasaisemmin eri vaiheiden välissä. Kitkamaihin soveltuvien pohjanvahvistusmenetelmien päästöt ovat tyypillisesti pienemmät kuin koheesiomaihin soveltuvien. Kitkamaihin soveltuvien pohjanvahvistusmenetelmien hiilijalanjälkeä on vaikeata arvioida hankkeen alkuvaiheessa, ennen kuin työkoneet ja kuljetusetäisyydet ovat tiedossa. Työkoneiden ja kuljetusten päästöt voivat olla kokonaispäästöjen kannalta merkittäviä.
Author: Kasper Holopainen
Supervisor: Leena Korkiala-Tanttu
Advisor:
Funding:
Author: Juha Kivivuori
Supervisor: Leena Korkiala-Tanttu
Advisor:Esko Kääriäinen (Sitowise) and Sami Ylönen (FinMeas)
Funding:
Abstract:
(In Finnish):
Työssä tutkittiin geoteknistä monitorointia korkeassa rakentamisessa. Aluksi selvitettiin monitoroinnin asemaa ja tarpeellisuutta korkeassa rakentamisessa. Tämän jälkeen tutkittiin eri mittausmenetelmiä geoteknisessä monitoroinnissa kiinnittäen erityisesti huomiota uusin ja vaihtoehtoisiin mittausmenetelmiin. Työssä käsiteltiin monitoroinnin suunnitteluprosessia, selvitettiin paalujen ja pohjalaatan toiminnan monitorointiin soveltuvat mittausmenetelmät, pohdittiin eri mittausmenetelmien soveltamista yksittäisiin paaluihin sekä koko korkean rakennuksen perustuksiin. Lisäksi käsiteltiin monitorointitulosten työstämistä. Työssä simuloitiin monitorointitulokset yhden paalun osalta käyttäen apuna Plaxis 3D FEM-ohjelma. Simuloiduista monitorointituloksista laskettiin analyyttisesti paalun rasitukset, joita verrattiin FEM-ohjelman tuloksiin.
Aalto-yliopiston georakentamisen maisteriohjelma tarjoaa maailmanluokan koulutusta geotekniikassa, tienrakentamisessa ja kalliotekniikassa. Oman alansa huippuihin kuuluva ohjelmamme antaa selkeän polun työelämään, jossa georakentamiseen erikoistunut diplomi-insinööri voi osallistua ratkaisemaan kaupungistumisen ja kiertotalouden tulevaisuuden haasteita.
6/2025. Tilaisuudessa esitellään rakennustekniikan laitoksen Geoengineering -maisteriohjelman diplomitöitä.
