Väitös: Pihakansirakentamiseen uusi tehokkaampi rakenneratkaisu

Suomalaisten kaupunkien infrastruktuuri on muuttumassa. Toiminnot keskittyvät yhä enemmän kaupunkeihin, mikä edellyttää jatkuvasti tehokkaampaa maan käyttöä. Tonttien arvon noustessa maanalainen rakentaminen on yleistynyt voimakkaasti. Keskusta-alueilla toimintoja, kuten pysäköintiä, piilotetaan usein puistojen ja teiden alle. Pihakansirakenteet on yleensä maisemoitu niin hyvin, etteivät ihmiset edes huomaa, että kävelevät tai ajavat autoaan rakennuksen päällä.

Pihakansirakenteet ovat raskaasti kuormitettuja. Niiden kuormat muodostuvat paksuista maakerroksista, pintarakenteista sekä liikenne- ja lumikuormista – toisinaan kannen päällä voi olla jopa toinen rakennus. Pihakansien alapuolinen tila on usein varattu pysäköinnille. Kantta tukevien pilareiden sijoittelua ja lukumäärää joudutaan tällöin rajoittamaan, jotta pysäköintihalli säilyy käytettävyydeltään hyvänä. Tämän takia kansirakenteiden pääkannattimilta vaaditaan usein myös pitkiä jännevälejä.

– Raskaasti kuormitetut pitkän jännevälin rakenteet toteutetaan Suomessa tyypillisesti paikalla rakentaen elementtirakentamisen sijaan. Syy tähän on käytännössä se, että nosturien ja kujetuskaluston rajoitteet tulevat vastaan, kun rakenteen paino ja mittasuhteet saavuttavat tietyn pisteen. Samalla menetetään kuitenkin yleisesti tunnistetut elementtirakentamisen hyödyt: nopeus, laatu ja ympäristöystävällisyys, Kytölä toteaa.

Tavoitteena kasvattaa esijännitettyjen elementtipalkkien kapasiteettia

Kytölän tutkimuksen tavoite oli kehittää keino, jonka avulla esijännitettyjen elementtipalkkien käyttöaluetta pihakansirakenteissa voitaisiin kasvattaa ja täten mahdollistaa elementtirakentamisen hyödyntäminen useammin myös pitkän jännevälin raskaasti kuormitetuissa pihakansirakenteissa.

Eri puolilla maailmaa, erityisesti Pohjois-Amerikassa, on tyypillistä kasvattaa esijännitettyjen elementtipalkkisiltojen kapasiteettia jatkuvuuden avulla. Menetelmä on herättänyt kiinnostusta myös Suomessa, mutta se ei ole yleisesti käytössä.

– Kansainvälisesti laajasti käytetyt, jatkuvaksi kytketyt elementtisillat poikkeavat sekä kuormiltaan että dimensioiltaan suomalaisista pihakansirakenteista. Paikallisten rakennesuunnittelijoiden keskuudessa on ollut epävarmuutta, soveltuuko tämä kansallisesti vielä melko tuntematon rakenneratkaisu ylipäätään pihakansirakentamiseen, Kytölä taustoittaa.

Lupaavia tuloksia Hervannassa tehdyistä kuormituskokeista

Tampereen yliopistossa toteutettiin vuosina 2015–2023 kokeellinen ja laskennallinen tutkimus, joka keskittyi jatkuvaksi kytkettyjen elementtipalkkien jatkosalueen toimintaan. Tampereen Hervannassa sijaitsevassa koekuormituslaboratoriossa toteutetut kokeet sisälsivät mittavien, jopa 20 metriä pitkien, jatkuvaksi kytkettyjen betonielementtipalkkien koekuormituksia.

– Kokeellisen tutkimuksen tulokset olivat positiivisempia kuin etukäteen osasimme odottaa. Koetulosten perusteella yksiaukkoisen esijännitetyn elementtipalkin kapasiteettia ja vaurionsietokykyä voidaan kasvattaa jatkoksen avulla merkittävästi, Kytölä iloitsee.

Korkean kuormituskapasiteetin lisäksi tutkimuksessa nousivat esiin tutkitun rakenteen erityispiirteet käyttörajatilan kuormatasoilla. Tutkimuksen vaikuttavuutta kuvaa, että osa koetuloksien perusteella tehdyistä päätelmistä on jo päätynyt koko Euroopan yhteiseen suunnittelunormiin.

Ulla Kytölä on valmistunut rakennustekniikan diplomi-insinööriksi Tampereen yliopistosta vuonna 2008. Tällä hetkellä Kytölä työskentelee Tampereella A-Insinöörit Suunnittelu Oy:ssä laatupäällikkönä.

Väitöstilaisuus perjantaina 24. marraskuuta

Diplomi-Insinööri Ulla Kytölän rakennustekniikan alaan kuuluva väitöskirja Precast Prestressed Concrete Beams Made Continuous as a Deck Structure tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston rakennetun ympäristön tiedekunnassa perjantaina 24.11.2023 klo 12 alkaen Hervannan kampuksella Rakennustalon auditoriossa RG202 (Korkeakoulunkatu 5, Tampere). Vastaväittäjänä toimii professori Johan Silfwerbrand Kunliga Tekniska Högskolanista Tukholmasta. Kustoksena toimii professori Anssi Laaksonen Tampereen yliopiston rakennetun ympäristön tiedekunnasta.