Tielaitoksen selvityksiä 36/1 993

Transkriptio

1 Tielaitos Palaturpeen käyttö lämpäeristeenä Raportti koerakenteiden rakentamisesta Tielaitoksen selvityksiä 36/1 993 Oulu 1993 Geokeskus Oulun kehitysyksikkö

2 Tielaitoksen selvityksiä 36/1 993 Palaturpeen käyttö Iämpöeristeenä Raportti koerakenteiden rakentamisesta Tielaitos Geokeskus, Oulun kehitysyksikkö Oulu 1993

3 TIEL ISSN ISBN Painatuskeskus Oy Helsinki 1993 Julkaisua myy: Tielattos, hallinnon palvelukeskus, painotuotemyynti Telefax (90) Tielaitos Opastinsitta 12 A PL HELSINKI Puh. vaihde (90) Geokeskus, Oulun kehitysyksikkö Kansankatu 47 PL OULU Puh. (981)

4 mk/m Palaturpeen käyttö Iämpöerlsteenä. Raportti koerakentelden rakentamisesta. Oulu 1993, Tielaitos, Geokeskus Oulun kehitysyksikkö, Tielaitoksen selvityksia 36/ s., ISSN , ISBN , TIEL Asiasanat palaturve, lömpöenste, tierakenne TI IVISTE LMÄ Palaturpeen sovel tuvuutta routivan tierakenteen lämpöeri steeksi selvi tetään Oulun kehitysyksikön toimesta vuonna 1991 käynnistyneessä tutkimuksessa, jonka ensimmäiset koerakenteet toteutettiin kesällä Koerakenteita rakennettiin vuoden 1991 aikana Haapavedelle ja Pudasjärvelle sekä vuoden 1992 syksyllä Pudasjärven Hetekylälle. Vuoden 1991 kokeiluissa palaturve-eristekerros vaihteli cm, vertailukohteeksi rakennettiin massanvaihtona toteutettu rakenneratkaisu. Vuoden 1992 koerakenteessa palaturvekerros kosteusolosuhteiden vakioimiseksi suojattiin kauttaaltaan muovikelmulla. Vertailukohteessa muovikelmu jätettiin pois. Koe- ja vertailukohteet instrumentoitiin mm. rakenteen lämpötilan sekä kosteuden ja lämmönjohtavuuden muutosten seurantaa varten. Palaturpeen lämmönjohtavuus vaihtelee kosteustilan mukaan, kosteuden kasvaessa lämmönjohtavuus lisääntyy. Laboratoriossa ja koerakenteissa on 0,19 W/mK - 1,7 W/mK, kun kosteus on vaihdellut n. 9,0 % mitattu arvoja - n. 28 % (sulamisvaihe keväällä). Ensimmäisen talvikauden seuranta osoittaa tu rve-eristekerroksen vähentäneen roudan tunkeutumissyvyyttä cm vertailurakenteeseen verrattuna. Routanousu koekohteilla oli tasaista. Turpeen kokoonpuristumista ei tapahtunut. Palaturpeen hinta tuotantoalueen läheisyydessä on edullinen noin Koerakenteissa palaturverakenteen hinta 6-7 m:n levyisellä tiellä rakenne- ja materiaaliratkaisuista johtuen vaihteli mk/tie-m. toteutetun rakenneratkaisun hinta koekohteilla vaihteli Massanvaihtona mk/tie-m. Suulakepuristetun solumuovieristeen, tiheyd eltään 32 kg! m 3, lämmönjohtavuus on vähäinen, noin 0,03 W!mK. Kuutiohinta työmaalle toimitettuna noin 620 mk/m 3. Vertailuhinta turve-eristeen kanssa saman lämmöne-on ristävyyden omaavalle tierakenteelle oli noin mk!tie-m kalliimpi.

5 -peen -den ALKUSANAT Routivien tiekohtien tai siirtymäkiilojen rakentamiseen käytetään perinteisesti eristyshiekkaa, suulakepuristettua solumuovieristettä tai kevytsoraa. Hinnaltaan huomattavasti halvemman turpeen hyvät lämmöneristysominaisuudet ovat olleet tiedossa, mutta orgaanisena ja helposti kokoonpuristuvana aineena sitä ei ole käytetty tierakenteissa. Kuivattua turvetta käytetään pääasiassa polttoaineena lämpoenergian tuottamiseen. Nosto- ja käsittelytavan mukaan se jalostetaan joko jyrsinturpeeksi tai kappalemuotoon ns. palaturpeeksi. Palaturvekappale on halkaisijaltaan mm. Pituus voi vaihdella muutamasta sentistä senttim. Palaturpeella näyttää olevan siinä määrin hyvä puristuslujuus, että se ainakin alempi luokkaisi Ha teillä kokoonpuristumatta ja lämmöneristävyysominaisuutensa säilyttäen kestää rakennekerrosten ja liikenteen rasitukset. Tarvittaessa palaturpeen puristuslujuutta voidaan parantaa stabiloimaha, jolloin sen käyttöä voidaan harkita korkeampiluokkaisillakin teillä. Oulun kehitysyksikön toi mesta käynni stetyssä tutkimuksessa pyritään selvittämään palaturpeen lämmöneristävyysominaisuuksien säilyminen ja/tai mandolliset muutokset tierakenteen kuormitus- ja kosteusolosuhtei vaihdellessa pidemmällä aikavälillä. Tutkimusta johtaa DI Heikki Suni Oulun kehitysyksiköstä. Lisäksi mukana ovat ikl Kauko Kujala Oulun yliopistosta ja rkm. Martti Heikkinen Oulun kehitysyksiköstä. Tähän julkaisuun on koottu tielaitoksen Keski-Pohjanmaan ja Oulun piireissä kesällä toteutettujen palaturpeella lämpöeristettyjen koerakenteiden suunnittelun ja toteuttamisen yksityiskohdat perusteineen. Seurantatuloksista ja niiden perusteella mandollisesti laadittavien palatur lämpöeristeenä käytön suunnitteluohjeesta ja työselityksestä tullaan raportoimaan tutkimuksen edettyä pidemmälle. Oulussa toukokuussa 1993 Geokeskus, Oulun kehitysyksikkö

6 Palaturp..n kiyttö Iämpoeristeenä 7 SISÄLTÖ 1 JOl-IDANTO 9 2 RAKENTEEN PARANTAMISSUUNNITELMA lo 2.1 Mt 798 Haapavesi Pt Pudasjärvi Mt 8361 Hetekylä 12 3 ROUTASUOJAUS Yleistä Haapavedenkoekohde Perinteinen rakenne Palaturverakenne Kustannusvertailu Pudasjärvenkoekohde Perinteinen rakenne Palaturverakenne Koerakenteiden toteuttaminen Koerakenteiden instrumentointi Kustannusvertailu Hetekylän koekohde Perinteinen rakenne Palaturverakenne Kustannusvertailu 22 4 SEURANTA Seurantajakso Seurantatuloksia Haapaveden koekohde Pudasjärven koekohde Hetekylän koekohde 28 5 JOHTOPÄÄTÖKSET 29 6 JATKOTOIMENPITEET 30

7 -sen Palaturpeen käyttö Iämpäeristeenä JOHDANTO 1 JOHDANTO Routiva tierakenne voidaan suunnitteluohjeiden mukaan saattaa routimattomaksi joko massanvaihtoa tai lämpöeristeitä käyttäen. Routivien maiden on usein kallis ratkaisu, joka korvaaminen routimattomilla materiaaleilla pyritään välttämään lämpöeristeitä käyttäen. Lämpöeristeinä tierakenteissa käytetään pääsääntöisesti solumuovieristeitä, jotka hinnaltaan ovat kuitenkin kalliita. Halvemman lämpöeristemateriaalin löytämiseksi on tielaitok Keski-Pohjanmaan piirissä tehty 1980-luvun alussa kokeiluita, joissa raakaturvetta käytettiin lämpöeristeenä (tutkimusraportti nro 11 / 80 ja seurantaraportti ). Raakaturve on kokoonpuristuvaa, joka kuormituksen alla tiivistyy ja menettää osan lämmöneristävyydestään. Sen sijaan poittoturpeena käytetty palaturve omaa hyvät lämmöneristävyysominaisuudet ja on lähes kokoonpuristumatonta. Palaturve on hinnaltaan edullista ja sen saatavuus eteläisintä ja Lounais-Suomen hyvä, minkä vuoksi Keski-Pohjanmaan ja Oulun tiepiireissä päätettiin v rakentaa instrumentoituja koerakenteita palaturpeen lämpöeristeenä käytön selvittämiseksi. Tutkimuksen tavoitteeksi asetettiin selvittää tierakenteen lämpöensteeksi sijoitetun palaturpeen kokoonpuristuvuuden ja lämmöneristävyysominaisuuksien mandolliset muutokset pitkällä aikajänteellä. Tutkimuksessa selvitetään myös työhön soveltuvat tekniikat ja rakenneratkaisun taloudellisuus perinteisiin rakenneratkaisuihin verrattuna. Koerakenteiksi suunniteltiin instrumentoituja cm:n palaturvelämpöeristekoerakenteita tiellä, jossa epätasainen routanousu vuosittain aiheuttaa tierakenteelle ja päällysteelle vaunoita. Vertailukohteeksi rakennettiin perinteinen routimattomalla materiaalilla suoritettu massanvaihto. Turve-eristekerroksen kosteusolosuhteid en vakioimiseksi suoj attiin yhdessä koerakenteessa palaturvekerros muovikelmulla. Seurannan avulla pyritään selvittämään millaisena muovisuojatun eristekerroksen kosteustil a ja lämmöneristävyys säilyvät suojaamattomaan rakenteeseen verrattuna sekä mitkä ovat pitkäaikaisvaikutukset eristekerroksen maatumiseen ja kokoonpuristuvuuteen. Työmenetelmästä on tehty videofilmi, jota on saatavissa Oulun kehitysyksiköstä.

8 Palaturpeen käytiö Iämpöeristeenä 10 RAKENTEEN PARANTAMISSUUNNITELMA 2 RAKENTEEN PARANTAMISSUUNNITELMA Haapavesi 2.1 Mt 798 Tieosa Kohde sijaitsee maantiellä nro 798/05. Koeosuuden pituus on 720 m. Tien on 7,0 m. Keskimääräinen vuorokausiliikenne (KVL) 1500 ajoneu-leveys voa/vrk. Päällysteenä aikaisemmin oli öljysora ja parantamisen jälkeen KAB '\. L\'h aaj)aku :.. Mus ikl :::.::...:.L.:... :. c :. ::...) 1a awry - Rvyiiiiyr,ìaki /IJ IT - I Kuva 1: Kartta Haapaveden koekohteesta (1: ) Lähtökantavuudet Parannettavan tieosan kevätkantavuudet v vaihtelivat MN/rn 2 keskiarvon ollessa 164 MN/ni 2. Routiminen Epätasaista routanousua esiintyi koko tieosalla ja suurimmillaan nousu oli vuosina 1990/91) cm (routavaaitukset Kuivatus Tieosalla on avo-ojat, mitkä toimivat hyvin. Pohjaveden pinta vaihtelee keskimäärin noin metrin syvyydellä maanpinnasta. Materiaalikvsymvkset Parannettavassa tiessä on routimattomat, mutta ohuet rakennekerrokset ja alla epätasaisesti routiva savisilttimaa. Lähietäisyydellä on heikosti saatavissa massanvaihtoon tarvittavaa hiekkaa.

9 Palaturp..n käyttö Iämpo.rlst..nä RAKENTEEN PARANTAMISSUUNNITELMA 11 Kantavuusm itoitus Parannettavan tien tavoitekantavuudeksi asetettiin 190 MN/rn 2, joka saavutettiin seuraavalla rakenneratkaisulla: Stabilointi 12 cm E = 1500 MN/rn 2 Kalliomurske 20 cm E = 319 MN/rn 2 Hiekkainen sora 40 cm E = 150 MN/rn2 Palaturve 30-40cm E = 15 MN/rn2 Pohjamaa E = 20 MN/rn Pt Pudasjärvi Tieosa Kohde sijaitsee paikallistiellä nro 18777/02. Koeosuuden pituus on 400 m ja vertailuosuuden 230 m. Tien leveys on 6,0 m. Keskimääräinen vuorokausiliikenne (KyL) 1400 ajoneuvoa/vrk. Päällysteenä aikaisemmin oli savisora parantamisen jälkeen öljysora. ja /tid.jvitii ( pr Rissasenper V... LenaIus_ r-zl Hirvaskosi 2- - NV Kpis Kuva 2: Kartta Pudasjärven koekohteesta (1: ). Lähtökantavuudet Parannettavan tieosan kevätkantavuudet v vaihtelivat MN/rn 2 keskiarvon ollessa 64 MN/rn 2. Routiminen Epätasaista routanousua esiintyi koko tieosalla ja suurimmillaan nousu oli cm (routavaaitus 1990/91). Kuivatus Tieosalla on avo-ojat, mitkä toimivat heikosti. Pohjaveden pinta vaihtelee ja saattaa keväällä olla lähellä rnaanpintaa.

10 Palalurp..n käyttö Iämpö.r(at..nä 12 RAKENTEEN PARANTAMISSUUNNITELMA Materlaalikvsvmvkset Parannettavassa tiessä on heikkolaatuiset ja ohuet kerrokset, sekä alla epätasaisesti routiva kivinen moreeni. Kantavuusmitoltus Parannettavan tien tavoitekantavuudeksi asetettiin 115 MN/rn2 ja se saavutettiin seuraavalla rakenneratkaisulla: Soramurske cm E = 280 MN/rn2 Sora cm E = 200 MN/rn2 Palaturve cm E = 50 MN/rn2 Pohjamaa F = 5 MN/rn 2 Vertailukohteessa palaturve korvattiin massanvaihtona 100 cm E = 50 MN/rn2 hiekkakerroksella. 2.3 Mt 8361 Hetekylä Tieosa Kohde sijaitsee maantiellä 8361/05. Koeosuuksien pituus on 2 x noin 200 m. Tien leveys on 6,5 m. Keskimääräinen vuorokausiliikenne (KVL) 180 Tiellä on turvekuljetusta, joka on ajoitettu sulamiskauden ajoneuvoa/vrk. ulkopuolelle. Päällysteenä öljysora. p M "'! HiikoP"1 MiiIIdW N I,c('c i', I'I 361 IrrI::ii II, spi - I _ I - ut, t-,_ - ; bb Piru suo - ii V H,IInc,its ) Kuva 3: Kartta HetekyliLn koekohteesta (1: ). Lähtökantavuudet Parannettavan tieosan kevätkantavuudet v vaihtelivat MN/rn 2 keskiarvon ollessa 61 MN/rn 2. Routiminen Epätasaista routanousua esiintyi koko tieosalla ja suurimmillaan nousu oli (routavaaitus 1990/91) cm

11 Palaturp.en käyttö Iämpä.riste.nä RAKENTEEN PARANTAMISSUUNNITELMA 13 Kuivatus Tieosalla on avo-ojat, mitkä toimivat heikosti ja pohjavesi on lähellä maanpintaa. Materiaalikvsymykset Parannettavassa tiessä on heikkolaatuiset ja ohuet kerrokset. Maasto alavaa suoperäistä rämettä. Pohjamaa on heikosti kantavaa ja routivaa koheesio -maata. Kantavuusmitoitus Tavoitekantavuudeksi asetettiin 130 MN/rn 2 ja se saavutettiin seuraavalla rakenneratkaisull a: Soramurske 20 cm E = 280 MN/rn 2 Sora 30cm E=200MN/m 2 Palaturve 30cm E = 50 MN/rn 2 Hiekka cm E = 50 MN/rn2 Pohjamaa E = 5 MN/rn2.

12 ROUTASUOJAUS Nykyisen suunnittelukäytännön mukaan routasuojaus on mandollista suorittaa joko massanvaihtona käyttäen routimattomia materiaaleja tai vain päällysrakennekerrokset ja käyttämällä lämpöeristeitä. poistamalla Haapaveden koekohde suunniteltiin palaturverakenteena; massanvaihdol le ja toteutettiin myös massanvaihtorakenne rakenteiden toimivuuden laskettiin vertailuhinta. Pudasjärven koekohteelle suunniteltiin sezraamiseksi. 3.2 Haapaveden koekohde Perinteisen rakenneratkaisun mukaan kohteessa olisi suoritettu massanvaihto siten, että vanhat kerrokset olisi luotu sivulle ja pohjamaa leikattu siirtymäkiilasyvyyteen. Tämän jälkeen kaivanto olisi salaojitettu ja täytetty routimattomalla hiekalla (kuva 4). Rakenneratkaisun laskettu vertailuhinta oli 850 mk/ tie-rn. I 7,Om I I 9,Om I Kaaviokuva perinteisestä rakenteesta. Palaturverakenteen kantavuusmitoitus on suoritettu kohdassa 2.1 esitetyllä tavalla. Routasuojauksen lämpöeristeeksi tarkoitetun palaturvekerroksen paksuudeksi valittiin cm. Suunnitellun rakenteen periaate instrumentointeineen on esitetty kuvassa 5. Rakenneratkaisun toteutunut hinta oli 521 mk/tie-m.

13 1991. Palaturpoen käyttö Iämpöerist.enä 15 ROUTASUOJAUS 7,0 m I I Lukema-anturin suoa utki Sr- 30 cm Stabilointi -10 cm s Lämpöanturit" \suodatinkangas 9,0 m Kuva 5: Kaaviokuva palaturverakenteesta Toteuttaminen Rakentaminen toteutettiin puoli tietä kerrallaan. Työvaiheet suoritusjärjestyksessä olivat: - öljysoran siirto sivuun kaivukoneella - vanhojen kerrosten siirto sivuun kaivukoneella - maanleikkaus läjitykseenja pohjan muotoilu - pohjan tiivistys täryjyrällä - palaturpeen levitys puskukoneella - palaturpeen tiivistys täryjyrällä - suodatinkankaan levitys - vanhojen kerrosten siirto rakenteeseen kaivukoneella - murskeen lisäys cm - kantavan kerroksen muotoilu tiehöylällä - vanhan öljysoran siirto ja muotoilu rakenteeseen - bitumistabilointi noin 10 cm - KAB-päällysteen levitys. Instrumentointi Koerakentarniskohde instrumentoitiin rakentamisen yhteydessä kesällä Kohteeseen molempien ajokaistojen keskelle asennettiin roudan syvyyden mittaamiseksi kuvan 5 mukaisesti lämpötila-anturit. Mittauspis ovat noin 83, 113 ja 163 cm:n syvyydellä tien tasausviivasta. -teet Kustannusvertailu Toteutetun palaturverakenteen hinta oli 521 rnk/tie-m. Periteisen massanvaihtorakenteen hinnaksi (mk / tie-rn) ko. olosuhteisiin sopeutettuja yksikköhintoja käyttäen tuli 850 rnk, mikä on 329 mk/tie-m (noin 61 %) kalliimpi kuin palaturverakenne. Vertailu on suoritettu taulukossa nro 1.

14 16 Palaturp..n kiyttö Iämpö.rlsteeni ROUTASUOJAUS Taulukko 1: Rakennevaihtoehtojen yksikköhintavertailu. Laji Määrä ja Yksikköhinta Rakenne (mkltie-m) yksikkö mk Perinteinen Palaturve Vanhojen kerrosten sivussa käytto 3865 m3rtr 5,00 26,84 26,84 Maankaivu ja Iäjitys 8100 m3rtr 12,00 202,50 Salaojitus 1500 m 25,00 52,08 Eristyshiekka 4235 m3rtr 24,00 141,17 Kantava kerros 4050 m3rtr 76,00 427,50 Palaturve 2400 m3rlr 76,16 253,89 Suodatinkangas 7500 m2 2,00 20,83 Kalliomurske 1000 m3rtr 77,00 106,94 Bitumistabilointi 5250 m2 15,48 112,88 Yhteensä 850,09 521,38 Erotus - 328, Pudasjärven koekohde Parannettavan tien kantavuusmitoitus on esitetty kohdassa 2.2. Routasuojaukseksi suunniteltiin palaturve-eristerakenne sekä vertailukohteeksi suunni tteluohjeid en mukainen massanvaihto Perinteinen rakenne Kuvan 6 mukainen vertailukohde toteutettiin massanvaihtona. Hiekkaeristekerroksen paksuudeksi valittiin 100 cm. Rakenne salaojitettiin leikkauksen pohjan tasoon. Massanvaihto suoritettiin puoli tietä kerrallaan noin 1,5 syvyyteen tien tasausviivasta. Vertailukohteen pituus on 230 m. m:n Rakenneratkaisun hinnaksi tuli 457 mk/ tie-rn. Kuva 6: Kaaviokuva peri nteisesta rakenteesta Palaturverakenne Palaturverakenteen routasuojaukseksi tarkoitetun pal atu rve-eristeke rroksen paksuudeksi valittiin cm kuten Haapavedelläkin. Koekohteen

15 PaIaturp..n käyttö Iämpö.rlst..nä 17 ROUTASUOJAUS pituus on 400 m. Eristekerroksen paksuudeksi valittiin 30 cm, osalle koekohdetta 40 cm. Rakennepoikkileikkaus on esitetty kuvassa 7. Rakenneratkaisun hinnaksi tuli 409 mk/tie-m. Kuva 7: Kanviokuva palaturverakenteesta Koerakenteiden toteuttaminen Tien parantamistyö toteutettiin syksyllä Molemmilla koekohteilla rakentaminen suoritettiin puoli tietä kerrallaan. Tyovaiheet suoritusjärjestyksessä olivat: - vanhojen kerrosten ja maan leikkaus läjitykseen sekä pohjan muotoilu kaivukoneella - salaojitustyöt sekä eristyshiekka (massanvaihtorakenne) - palaturvekerroksen rakentaminen puskutraktorilla ja kaivukoneella sekä suodatinkankaan levitys tiivistämättömän turpeen päälle (palaturverakenne) - sorakerroksen levitys - murskesorakerroksen levitys ja muotoilu - öljysorapäällysteen rakentaminen (kesällä 1992) Koerakenteiden instrumentointi Pudasjärven koerakennuskohteet instrumentoitiin päällysrakenteen rakentamisen jälkeen marraskuussa Koekohteisiin asennettiin tien keskilinjalle roudan syvyyden mittaamiseksi lämpötila-anturit (Pt-lOU) sekä tien reunasta kaivetun kuopan avulla yhdistetty kosteus- ja lämmönjohtavuusanturi palaturvekerrokseen. Vertailukohteeseen, jossa ei käytetty palatu r- vetta, asennettiin pelkästään lämpötila-anturit tien keskilinjalle (kuva 8).

16 18 Palaturpeen käyttö Iämpöeristeenä ROUTASUOJAUS Palaturve eristys (30 an) Piste pi Palaturve eristys ( 4Ocm Piste P2 Turve(3o an) KL1 Turve(40 cm) CE.KLI 10x200 10x Vertailukohde Piste P3 LTI. Lämpötilan mittausant KL1 Ko8teus- Ja lämmönjohtavuusanturi Kuva 8: Kaaviokuva Pudasjärven koekohteiden instrumentoinnista Kustannusvertailu Pudasjärven koekohteella palaturverakenteen hinnaksi tuli 409 mk! tie-rn ja massanvaihtorakenteen 457 mk/tie-m. Massanvaihto on 48 mk eli 9 % palaturverakennetta kalliimpi (taulukko 2). Taulukko 2: Rakennevaihtoehtojen yksikköhintavertailu Pudasjärven koekohteella. Laji Määrä ja Yksikköhinta Rakenne (mkltie-m) yksikkö mk Perinteinen Palaturve Maankaivu ja läjitys 2515 m3kld 10,00 109,35 Eristyshiekka 1680 m3ktd ,00 Soraa 445 m3ktd ,11 Soramurske 322 m3ktd 54,00 75,60 Salaojaa 185 m 60,00 48,26 Maankaivu ja läjitys 2762 m3ktd 10,00 69,05 Palaturve 1016 m3ktd 58,00 147,32 Suodatinkangas 3800 m2 3,00 28,50 Soraa 924 m3ktd 29,00 66,99 Soramurske 720 m3ktd 54,00 97,20 Yhteensä 457,32 409,06 Erotus - 48,26

17 -sena Palaturpeen käyttö Iämpö.rlste.nä 19 ROUTASUOJAUS 3.4 Hetekylän koekohde Hetekylän koerakennuskohteessa tavoitteena on tutkia lämpöeristekerrok toimivan palaturvekerroksen kosteus- ja lämpöteknisten ominaisuuksien pitkäaikaispysyvyyttä vakioiduissa kosteusolosuhteissa. Kustannusvertailuja ei tehty. Koekohteet suunniteltiin ja toteutettiin vuonna Perinteinen rakenne Perinteinen rakenneratkaisu olisi ollut kuvan 9 mukainen massanvaihto noin 1,5 m:n syvyyteen tasausviivasta. 6,5m SrM l5cm I 8,Om Suodatinkan&as I Kuva 9: Kaaviokuva peri nteisesta men etel möstä Palaturverakenne Suunnittelu Hetekylän koerakennuskohde sijaitsee Ylikiimingissä tiellä 8361 välillä Autioperä - Hetekylä Ylikiimingin ja Pudasjärven kuntarajan välittömässä läheisyydessä. Maasto alueella on alavaa, kosteaa suoperäistä rämettä. Pohjamaa on heikosti kantavaa ja routivaa koheesiomaata. Pohjavesi on 200 m alueella lähellä maanpintaa. Tieosuudelle rakennettiin kaksi noin pitkää palaturve-eristettyä koeosuutta, joista toisessa kohteessa palaturvekerros ympäröitiin kosteusolosuhteiden vakioimiseksi muovikalvolla. Vertailukohteessa palaturvekerros rakennettiin tavanomaisena rakenteena ilman kosteuseristystä. Molemmissa kohteissa päällysrakenteen kulutuskerroksena on 40 mm öljysoraa, kantavana kerroksena 200 mm soramursketta, jakavana kerroksena 300 mm soraa ja eristyskerroksena 300 mm palaturvetta. Kosteuseristetyssä on 500 mm hiekka, vertailukohteessa suodatinkerroksen paksuus on 200 mm (kuva kohteessa suodatinkerroksena 10).

18 20 Palaturpeen käyttö Iämpöerist.enä ROUTASUOJAUS isv Kost.us.rIst.tty kohd. Vertailukohde mm 'fl 70 Palaturve 300 mm r. } 1t4Q5 70 U) C (4) 90.:::::::::.:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: 9C Hk500mm lic Pohjamaa 140 Palaturve mm Hk 200 mm pohjamaa Kuva 10: Kaaviokuva Hetekijian koerakennuskohteen paallysrakenteista. Instrumentojntj Koekohteiden instrumentoinnin tavoitteena on palaturpeen pitkäaikais ja kosteusteknisten ominaisuuksien -käyttäytymisen seuraaminen lämpöosalta. Mittausanturit sijoitettiin molemmissa koekohteissa koeosuuksien keskivälille keskelle ajorataa yhteen poikkileikkaukseen molemmissa kohteissa. Koekohteisiin asennettiin palaturpeen pitkäaikaista kokoonp u mittaava sähköinen siirtymäanturi, lämpöteknisten ominaisuuk--ristumista sien määrittämistä varten lämpövirtalevy ja sen ylä- ja alapuolelle lämpö - tila-anturit, yhdistetty lämmönjohtavuus- ja kosteusanturi, kosteusanturi sekä palaturpeen mandollisen maatumisen seuraamiseksi ilmanäytteenottoputkisto (kuva 11). Vertailukohteen yhteyteen asennettiin lisäksi pohjavesiputki. Antureiden mittauskaapelit johdettiin reunaojan ulkopuolelle asen i nstrumentoitiin pääl-nettuulysrakenteen rakentamisen yhteydessä lokakuun alussa routaeristettyyn mittauskaivoon. Koekohde 1992.

19 arty Palaturp.en käyttö Iampäeristeenä 21 R0UTASUJAUS HETEKYLA, Palaturve-eristys / kosteuseristetty kohde c Palaturve Suo dat In kang as kosteus- ja lämmönjohtavuussondi i. Imanaytteenottoanturl mäanturi kosteussondi (TOR) lämpötla-anturi (Pt 100) i. lämpövirtalevy HETEKYLA, Palaturve-eristys / vertailukohde S4Omm 1800 lo :cr /..:.: : o paiaturvel mm 8O Hk 200 mm o0 i 120 Ljamaa kosteus- ja lämmön - johtavuussond manäytteenottoanturi. sirtymäanturi. kosteua8ondl (TOR) Iämpötlla-anturl(Pt 100) (IJ. Iämpövlrtalevy Kuva 11: Kuaviokuva Hetekylan koekobteiden instrumentoinnista.

20 -kaa 22 Palaturp.en käyttö tämpöerist..nä ROUTASUOJAUS Toteuttaminen Kosteuseristetyssä koekohteessa palaturvekerroksen ympärille tuleva muovikalvo asennettiin yhtenäisenä koko tien leveydelle. Rakennustyön aikana liikenne ohjattiin kiertoteitse koekohteen viereen rakennetun työnaikaisen tien kautta. Muovikalvona käytettiin 18 m leveää ja 0,2 mm paksua turvetyömaalla käytettävää ns. aumamuovia. Muovi levitettiin suodatinkerroksena olevan hiekkakerroksen päälle siten, että muovi rullattiin auki tien pituussuunnassa samanaikasesti koko tien leveydelle. Muovin reunat käärittiin rullalle tien suuntaiseksi. Tämän jälkeen palaturvekerros levitettiin päätypengerryksenä telapuskutraktorilla, joka samalla tiivisti palaturvekerrosta levitystyön aikana. Muovikalvon reunat käännettiin palaturvekerroksen päälle, reunojen ulottuessa ajoratojen keskelle. Tämän jälkeen reunamuovien päälle asennettiin molemmat ajokaistat peittävä lisämuovikalvo. Muovikalvon päälle levitettiin suodatinkangas, jonka päälle ajettiin jakavana kerroksena toimiva sorakerros. Koekohteiden p äällysrakenteet ja on esitetty kuvissa niissä käytetyt kerrospaksuudet Palaturve-eristetty vertailukohde toteutettiin tavanomaista työmaatekni i k käyttäen ajorata kerrallaan kuvissa esitetyn päällysrakenteen mukaisesti Kustannusvertailu Työn ensikertaisuudesta ja pienistä koekohteista johtuen rakentamismenetelmistä ei tehty kustannusvertailuja.

21 Palaturpeen käyttö Iämpöeristeenä 23 SEURANTA 4 SEURANTA Seurantajakso 4.1 Rakentamisen jälkeen koekohteilla on aloitettu seuranta lämpöeristerakenteiden toimivuudesta ja seurantaa tullaan jatkamaan noin viisi vuotta. Seurantamittauksia suorittavat Oulun yliopisto ja tiepiiri. 4.2 Seurantatuloksia Larrpötda C 22, Haapaveden koekohde Haapaveden koekohteessa talven aikana suoritettujen mittausten mukaan lämpötilat ovat olleet lämpimän puolella lähes koko seurantaajan (kuva 12). Eristeen alta (anturit 2 ja 3) on mitattu vähäisiä miinuslukemia. Kohteessa suoritetut vaaitukset osoittavat, että tie on ollut talven aikana kauttaaltaan noin 6-7 cm ylempänä kuin kesällä. Routanousu on ollut tasaista. PAALU PAALU Lanpotila C Vasen kaista Oikea kaista 20 22,5 17, ,5 10 7,5 5 2, , ,5 10 7,5 5 2,5 0-2,5-2,5 -J -5 11/91 12/91 1/92 2)92 3'92 4/92 5)92 8/ /92 12/92 11/91 12/91 1)92 2/ /92 8/92 1(352 11)92 12/92 M8auskuukau&vuos Antu 1 Aiijñ 2 Arfluii 3 Antu 1 Ann 2 Anluri 3 -. Kuva 12: Palaturve-eristerakenteen (30-40 cm) läm pötiloja Haapavedellä. Mittausantureiden korkeustasot; anturi 1 TS V-83 cm, anturi 2 TS V-i 13 cm ja anturi 3 TS V-I 63 cm.

22 täten 130 cm. 24 Palaturpeen kiyttö Iämpoeristeenä SEURANTA Pudasjärven koekohde Roudan svvvvs Pudasjärven koekohteissa suoritettiin talven aikana roudan syvyyden ja lämmönjohtavuuden ja kosteuden mittauksia. Kuvassa 13 on ja pohjamaassa esitetty lämpötilan jakautuminen tienrakennekerroksissa 14 lämpötilamittausten perusteella määritetyt roudan syvyydet. Palaturve-eristetyissä kohteissa maksimiroudan syvyys oli 125 cm ja sekä kuvassa Palaturvekerroksen paksuuden vaihtelulla (30-40 cm) ei ollut oleellista merkitystä roudan syvyyteen. Vertailukohteessa maksimiroudan syvyys oli noin 155 cm. Palaturvekerroksen roudan syvyyttä pienentävä vaikutus oli täten noin cm. Pienemmästä roudan syvyydestä johtuen palaturve-eristettyjen kohteiden jäätyneen kerroksen lämpötilagradientit olivat suuremmat eristämättömään vertailurakenteeseen verrattuna. Lämmöniohtavuus ia kosteus Palaturvekohteiden kosteuspitoisuudet ja lämmönjohtavuudet olivat syksyllä 1991 ennen maan jäätymistä molemmissa kohteissa suuruusluokaltaan yhtäsuuria (w 1 = 19,1 % ja w, 2 = 18,9 % sekä = 0,19 W/mKja 2'p2 = 0.22 W/mK) (kuvat 15-16). Palaturvekerroksen jäätyessä kosteuspitoisuus Osa palaturpeen sisältämäs- pienenee voimakkaasti molemmissa kohteissa. tä vedestä pysyy kuitenkin sulana, palaturpeen ollessa muutoin jäätynee Keväällä palaturpeen kosteuspitoisuus kohoaa voimakkaasti jään su--nä. laessa. Kesän ja syksyn aikana kosteuspitoisuus kohoaa ja on huomattavasti korkeampi syksyyn 1991 verrattuna. Lämmönjohtavuus riippuu voimakkaasti sekä lämpö- että kosteustilasta. Jäätyneessä tilassa palaturpeen lämmönjohtavuus vaihtelee sulan veden määrän funktiona. Lämmönjohtavuuden maksimiarvo saavutetaan huhtikuussa. Sulassa tilassa lämmönjohtavuuden muutokset seuraavat läheisesti kosteustilassa tapahtuvia muutoksia. Palaturpeen lämmönjohtavuus oli syksyllä 1992 huomattavasti suurempi molemmissa koekohteissa syksyn 1991 lämmönjohtavuuksiin verrattuna. Tuloksia analysoi taessa tulee huomioida koekohteid en heikot kuivatusol o- suhteet (vertaa sivut 11 ja 13), jotka ovat johtaneet palaturve-eristekerroksen kostumiseen. Tien rungon kuivatus tulisi lämpöeristyksestä riippumatta aina suorittaa suunnitteluohjeiden mukaisesti.

23 Palaturpeen käyttö Iämpöeristeenä 25 SEURANTA Palaturve-eristys ( 30 cm ) Palaturve-eristys ( 40cm ) Piste Pi Piste P2 LAmpotlia C Limpötlia C O lo -lo lo 6O j 200 :: :ilil Vertailukohde Piste P3 Lämpötfia C r * 15.t E u * O ' Kuva 13: Lim pötilan jakautuminen syvijydenf-unktiona Pudasjärven koemkennuskohteissa talven aikana.

24 - na 26 Palaturpeen kayttä Iämpöensteenä SEURANTA E U 0) > PUDASJÄRVI, ROUDAN SYVYYS Piste Pi, Palaturve-eristys (30 cm) N r AIKA Ikki PUDASJÄRVI, ROUDAN SYVYYS Piste P2, Palaturve-eristys (40 cm) U - LAMPOTILAMITTAUS E U -50 0) -too > (1) AIKA Ikki PUDASJÄRVI, ROUDAN SYVYYS Piste P3, Vertaiukohde U LXMPOTILAMITTAU8 ] E U AIKA Ikki Kuva 14: Roudan syvyys Pudasjarven koerakennuskoliteissa talven aikana.

25 SEURANTA Palalurpeen kãyttö Iämpöerlsteenä PUDASJÄRVI,TILAVUUSVESIPITOISUUS Palaturve-eristys, Piste Pi (30 cm) 50 ANTURI (SYVVYS) - 40 [ KL1 (100 cm) 30 g Ui > 10 AIKA t Ikki PUDASJÄRVI,TILAVUUSVESIPTOISUUS Palaturve - eristys, Piste P2 (40 cm) 50 ANTURI (8YVYYS) KL1 (100 cm) ui > 10 AIKA t IkkI Kuva 15: Kosteuspitois uuden vaihtelu Pudasjärven koerakennuskohteissa talven aikana.

26 28 Palaturpeen käyttö Iämpöeristeenä SEURANTA PUDASJÄRVI, LÄMMtNJOHTAVUUS Palaturve-eristys, Piste Pi (30 cm) 2 NTURI 1s'vj KL1 (100 ') / 0 )AAJOITA HE MA HU TO KE HE EL SY LO MA JO AIKA ( Ikki PUDASJÄRVI, LÄMMNJOHTAVUUS Palaturve-eristys, Piste P2 (40 cm) 2 ANTURI (SY VY VS) 1,5 ± KL1 (100 cm) MAJO] SYLOMAJO AIKA t IkkI Kuva 16: LämmÖnjohtavuuden vaihtelu Pudasjäroen koerakennuskohteissa talven aikana Hetekylän koekohde Hetekylän koerakennuskohteiden seuranta mi ttaukset aloitettiin marraskuussa Mittaustulokset raportoidaan talven osalta myöhemmissä julkaistavissa seurantaraporteissa.

27 -matta Palaturpeen käyttô Iãmpoerlsteenä 29 JOHTOPÄÄTÖKSET 5 JOHTOPÄÄTÖKSET Tierakenteen lämpoeristeeksi sijoitettu palaturve näyttää kokoonpu ristu säilyttävän kappalemaisen olomuotonsa ja lämmöneristävyytensä. Jo cm:n eristekerroksella saavutetaan merkittävää routimisen rajoittamista. Palaturpeen saatavuus on kaikkialla Suomessa hyvä, kuljetusmatkat ovat lyhyet. Turve-eristekerroksen rakentaminen ei edellytä normaalista poikkeavia työmenetelmiä tai -koneita. Turpeen hinta lämpöeristeenä on edullinen. Tuotantoalueen läheisyydessä hinta on noin mk/m 3. Saman lämmöneristävyyden omaavien solumuovirakenteiden hinta on 6-7 m leveällä tiellä mk/tie-m kalliimpi. Massanvaihto routimattomiin materiaal eihin oli vertailurakenteissa eristyshiekan saatavuudesta riippuen 9-61 % palaturverakennetta kalliimpi. Koerakentamisesta saatujen kokemusten ja ensimmäisen talvikauden seurannan perusteella näyttää, että palaturve sopii käytettäväksi korkeampiluokkaisillakin teillä routivien tiekohtien lämpöeristeeksi pyrittäessä rajoittamaan tai estämään roudan tunkeutumista.

28 ciii PaI.turp..n käyttö Iämpö.rlst..nä JATKOTOIMENPITEET 6 JATKOTOIMENPITEET Lämpöeristekokeiluja on tarkoitus jatkaa Vapon, Oulun yliopiston ja Oulun kehitysyksikön yhteisenä projektina. Projektissa tutkitaan pala- ja jyrsintur sekä stabiloidun turvekerroksen kantavuus-, muo--peen stabiloitavuutta donmuutos- ja lämmöneristävyysominaisuuksien säilymistä pitkällä aikavälillä. Mikäli koerakenteet käyttäytyvät ennakoidulla tavalla, tullaan seurantajak -son päätyttyä laatimaan turpeen käyttömandollisuuksista suunnitteluohje ja työselitys.

29 TIELAITOKSEN SELVITYKSIÄ 14/1993 Tie kokemusmaailmana. TIEL /1993 Masuunikuonan käyttö sitomattomissa päällysrakennekerroksissa. TIEL /1993 Betonipäällysteen seuranta; Vt 4 Kempele-Kiviniemi, seurantaraportli nro TIEL 17/1993 Asfalttipäällysteiden suunnitteluperusteiden vertailu nastattoman ja nastallisen liikenteen välillä, kirjallisuustutkimus. TIEL /1993 Tiehankkeiden liikennetaloudellisen kannattavuuden toteutuminen. 19/1993 Teiden kuntoa ja palvelutasoa koskeva seurantatutkimus; Mittaukset ja havainnot. TIEL /1993 Moreeni ja sen käyttö. TIEL /1993 Geotekniikan informaatiojulkaisuja: Pengerpaalutus. TIEL /1993 Liikenneväylän vaikutukset lähiympäristön yhdyskuntarakenteeseen; ja elinkeinorakenteen muutokset vt 3 Helsinki - Väestö-, työpaikka- -tien vaikutuslaueella. TIEL Tampere 23/1993 Geotekniikan informaatiojulkaisuja: Pohjanvahvistusmenetelmän valinta TIEL 24/1993 Geoteknilkan informaatiojulkaisuja: Tiegeotekniikan yleiset suunnitteluperusteet. TIEL /1993 Teknologien siirto, T2 - keskuksen perustaminen. TIEL /1993 Pohjaveden suojausrakenteiden laadunvalvonta; Tutkimuksia ja suosituksia. TIEL /1993 Valaisinpylväiden perustaminen; Ympärystäytön laadun ja thvistämis - tavan vaikutus pilariperustuksen siirtymiin. TIEL /1993 Nastallisen ja nastattoman liikenteen päällysteet, yhteenveto. hel /1 993 Tieinvestointien toteutustapa viidessä Euroopan maassa. TIEL /1 993 Pasilan virastokeskuksen työmatka- ja työliikennetutkimus. TIEL /1993 Savo -Karjalan tiepiirin murskaustoiminnan kehittäminen. 32/1993 Tiemerkintöjen näkyvyys; Paluuheijastavuustutkimus Lapin tiepiirissä. TIEL /1993 Tiesuolan pohjavesivaikutusten ma?lintaminen Joutsenonkankaalla. TIEL /1993 Kalliomurskeiden tiivistyminen ja hienoneminen, esitutkimus. TIEL /1993 Strategic Highway Research Program (SHRP) - Longterm Pavement Performance (LTPP); Koeteillä tehdyt mittaukset vuonna 1992 ja tie- ISSN rakenteen vaurioitumiseen vaikuttavat tekijät. TIEL ISBN hel