Menetelmäkuvaus TPPT 6 ROUTANOUSUKOE. Routimiskertoimen (SP) määritys laboratoriossa TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEET TUTKIMUSOHJELMA

Transkriptio

1 TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEET TUTKIMUSOHJELMA Menetelmäkuvaus TPPT 6 Espoo, ROUTANOUSUKOE Routimiskertoimen (SP) määritys laboratoriossa Heikki Onninen VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka

2 1 Alkusanat Tien pohja- ja päällysrakenteet tutkimusohjelman (TPPT) lopputulosten tavoitteena on entistä kestävämpien uusien ja perusparannettavien kestopäällystettyjen teiden rakentaminen siten, että myös rakenteiden vuosikustannukset alenevat. TPPT-ohjelmassa kehitettiin tierakenteiden mitoitusta (TPPT-suunnittelujärjestelmä). Suunnittelujärjestelmään kuuluvissa mitoitusohjeissa ja menetelmäkuvauksissa esitetään ne menettelytavat ja keinot, joita käyttäen tierakenne voidaan kohdekohtaisesti suunnitella ja mitoittaa. TPPT-suunnittelujärjestelmään sisältyy myös päällysrakenteen elinkaarikustannustarkastelu, jonka suorittamiseksi esitetään menettelytapa. Suunnittelujärjestelmälle on ominaista, että tierakenteen mitoitus tapahtuu paikkakohtaisilla tiedoilla ja parametreilla (liikenne, ilmasto, pohjamaa, käytettävät rakennemateriaalit, vanhat rakenteet). Mitoituksessa käytettävien pohjamaata ja rakennemateriaaleja koskevien parametrien määritys tapahtuu ensisijaisesti laboratoriokokeilla tai maastossa tehtävin mittauksin ja tutkimuksin. Myös muiden mitoituksessa tarpeellisten lähtötietojen hankinnassa ja ongelmakohtien tai muutoskohtien paikannuksessa käytetään maastossa ja tiellä tehtäviä havaintoja ja mittauksia. Suunnittelujärjestelmään kuuluvat oleellisena osana sitä täydentävät suunnittelun ja mitoituksen lähtötietojen hankintaa käsittelevät menetelmäkuvaukset. Esitettävät menetelmät ja menettelytavat on todettu käyttökelpoisiksi käytännön havaintojen ja kokeiden perusteella. TPPT-ohjelman tuloksena laaditaan myös yhteenveto ohjelmaan sisältyneistä, mitoitusohjeiden laadinnassa hyväksikäytetyistä koerakenteista sekä yhteenveto tien rakennekerrosten materiaaleista ja niiden valintaan vaikuttavista tekijöistä. Tämän Routanousukoe. Routimiskertoimen (SP) kokeellinen määritys menetelmäkuvauksen on laatinut Heikki Onninen VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikasta. Menetelmäkuvauksen sisältö on käyty läpi yhdessä tielaitoksen asiantuntijoiden kanssa. Joulukuussa 2001 Markku Tammirinne

3 2 Sisältö 1 JOHDANTO Routanousukokeen tarkoitus Routanousukokeen kehitystilanne MÄÄRITELMÄT JA LASKENTAKAAVAT LAITTEISTON KUVAUS Laitteiston osat ja niiden käyttötarkoitus Kalibrointi NÄYTTEEN OTTO JA VALMISTUS Häiriintymätön maanäyte Häiriintynyt maanäyte ROUTANOUSUKOKEEN SUORITUS Näytteen asentaminen selliin Näytteen alkusulatus, konsolidointi ja kyllästys Kuormittamaton routanousukoe Sulatukset Kuormitetut routanousukokeet Mittaustietojen keruu Kokeen lopetus ja näytteen purkaminen Tulokset KIRJALLISUUS... 11

4 3 1 JOHDANTO 1.1 Routanousukokeen tarkoitus Routanousukokeella määritetään luonnontilaisen tai muottiin rakennetun maanäytteen routimiskerroin (SP), joka kuvaa maan routivuuden määrällistä voimakkuutta. Routimiskerrointa soveltavaa laskentamenettelyä (segregaatiopotentiaalikonsepti, Konrad & Morgenstern 1981, Konrad 1993) voidaan käyttää esimerkiksi tienpinnan routanousun suuruuden arviointiin. Routimiskerrointa käytetään myös TPPT suunnittelujärjestelmän routamitoituksessa (Menetelmäkuvaus TPPT 18 Tierakenteen routamitoitus). Routanousun avulla voidaan edelleen arvioida routanousun aiheuttamaa tierakenteen rikkoutumisriskiä. Yleensä routanousukokeessa maanäytteen yläosa jäädytetään ja alaosa pidetään sulana. Kokeen aikana seurataan mm. routarajan syvyyttä ja näytteen korkeuden muutosta (routanousua). Tutkittavan maan rakeisuudesta riippuen routanousukokeita voidaan tehdä esimerkiksi läpimitaltaan 80 mm, 100 mm tai 150 mm näytesylinteriä (routaselliä) käyttäen. 1.2 Routanousukokeen kehitystilanne Tässä menetelmäkuvauksessa kuvataan routanousukoe, joka on VTT:ssä tehdyn noin 20 vuoden kehitystyön ja kenttäverifiointien tulos (Saarelainen 1992, Koskinen 1998). Routanousukokeen suoritustapa ja koejärjestelyt eivät ole Suomessa eivätkä kansainvälisestikään täysin vakiintuneet. Mm. näytteen jäähdytyslämpötilat vaihtelevat. Sopiva lämpötila riippuu koejärjestelyistä ja jäähdytyksen aloitustavasta (vakio lämpö tai alussa kylmäpulssi). Oulun yliopiston käyttämää routanousukoemenettelyä on kuvattu viitteessä Ahonen & Kujala (1997). Erästä pitkälle kehitettyä routakoelaitteistoa ja -menettelyä kuvataan lähteessä Konrad & Seto (1993). Liitteessä 1 on esitetty lyhyt yhteenveto kolmesta edellä mainitusta routanousukoemenettelystä. Eräillä muilla kansainväliseti esitetyillä routanousukokeen standardimenettelyillä ei voida määrittää routanousulaskelmissa tarvittavaa routimiskerrointa, vaan tulokseksi saadaan vain routivuusluokittelu (esim. ASTM Standard D ja Swiss Standard SN ). Routanousua ei voida suoraan laskea routivuusluokitteluun perustuen (esim. routiva, keskinkertaisesti routiva, lievästi routiva ja routimaton). 2 MÄÄRITELMÄT JA LASKENTAKAAVAT Routanousukokeen aikana mitataan ja lasketaan mm. seuraavat suureet yleensä 30 minuutin välein: Routanousu (h) on näytteen korkeuden muutos kokeen aikana. Se saadaan siirtymäanturista ko. ajanhetken tilanteen ja alkutilanteen erotuksena. Sulan näytteenosan korkeus (Z s ) lasketaan näytteen lämpötiloista interpoloimalla nollapisteen korkeusasema (mittausjakson lopussa). Roudan syvyys (Z j ) määritetään sellin seinämän sisäpinnan lämpötiloja käyttäen. Roudan syvyys on näytteen alkukorkeuden ja routanousun summa vähennettynä sulan näytteenosan korkeudella [mm], kaava (1).

5 4 Z = H + h Z (1) j s Routanoususuhde eli suhteellinen routanousu (h/z j ) on routanousun ja roudansyvyyden suhde. Tässä tapauksessa se ilmoitetaan routanousun prosentuaalisena osuutena roudan syvyydestä [%]. Routanousunopeus ( h/ t) on mittausjaksolle laskettava routanousunopeus [mm/vrk]. Lämpötilagradientti (gradt) on routarajan ja jäätyneen kerroksen pinnan välisen lämpötilaeron suhde jäätyneen kerroksen paksuuteen [ C/m], kaava (2). gradt Tkansi = (2) Z j Routimiskerroin (SP) on routanousunopeuden ja jäätyneen kerroksen lämpötilagradientin suhde [mm 2 /Kh), kaava (3) h SP = 24 t gradt (3) Kaavoissa (1), (2) ja (3) H = näytteen alkukorkeus sulana (routakoe) tai jäätyneenä (sulamiskoe), mm h = routanousu tai sulamiskokoonpuristuma, mm Z j = roudan syvyys (jäätyneen näytteenosan korkeus), mm Z s = sulan näytteenosan korkeus, mm h = routanousun muutos mittausvälin aikana, mm t = em. routanousun muutosta vastaava aikaväli tunteina (= mittausväli), h gradt = lämpötilagradientti jäätyneessä kerroksessa, C/m SP = routimiskerroin, mm2/kh 3 LAITTEISTON KUVAUS 3.1 Laitteiston osat ja niiden käyttötarkoitus Kuvissa 1 ja 2 esitetään routanousukokeen koejärjestely ja leikkauskuva routasellistä. Routanousukoelaitteiston tärkeimmät osat ovat: - Kylmähuone (tai -kaappi), johon routanousukoelaitteiston selli sijoitetaan vaakasuuntaisen lämpövirran vähentämiseksi. - Kaksi jäähdytyslaitteistoa, joilla kierrätetään pakkasnestettä routasellin kannessa ja pohjassa. - Lämpöeristetty keskeltä halkaistava routaselli (halkaisijaltaan 100 mm näytteelle), jonka sisäseinämässä on lämpötila-antureita (termistoreita) näytteen reunalämpötilojen mittausta ja roudan syvyyden laskentaa varten.

6 5 - Routasellin jäähdytys- ja kuormitusosa eli kansi, jonka alapinnassa on lämpötila-anturi näytteen yläpinnan lämpötilan mittausta varten. Kansielementin sisällä kierrätetään jäähdytettyä nestettä (-3 C), jolloin maanäyte jäätyy ylhäältä alaspäin. - Routasellin jalusta eli pohja, jossa kierrätetään lämpimämpää jäähdytysnestettä (+1 C), joka pitää maanäytteen alapään sulana. Myös pohjaelementissä on lämpötilaanturi. - Vesiastia, jonka vesipinta voidaan pitää vakiokorkeudella kokeen aikana. Näytteen alapinnasta on huokoskiven kautta yhteys vesiastiaan, josta maanäyte saa routimiseen tarvittavan lisäveden. Veden lämpötila on sama kuin kylmähuoneen lämpötila (+3 C). - Kuormituskehikon avulla maanäytettä (kansielementtiä) voidaan kuormittaa esimerkiksi siten, että kuormitus vastaa (maa)rakenteen ja/tai (luonnon)maakerroksen aiheuttamaa kuormitusta tarkasteltavalla syvyydellä. - Sähköinen siirtymäanturi, jolla mitataan näytteen routanousua ja sulamispainumaa. - Tiedonkeruulaitteisto, joka käsittää dataloggerin, mikrotietokoneen ja mittausohjelman, jolla ohjataan mittauksia, käsitellään mittaustuloksia sekä lasketaan ja tallennetaan tiedostoon tulostussuureet. Pohjan lämpötilan ohjaus Siirtymäanturi Kannen lämpötilan ohjaus - T Tiedonkeruu tulosten käsittely Vesiastia Näyte + T 30 mm Näytteen kuormitus Mittauslaite -siirtymä -lämpötilat Kuva 1. Routanousukokeen koejärjestelyt.

7 6 Lämpötilamittaus ( termistori ) Huokoskivi Veden poisto Lämmönsäätökierto TEFLON LÄMPÖERISTE Näyte PVC Lämpötila-anturit ( termistorit) Kiristysvanne Lämpötilajohtojen liitinkotelo Lämpötilamittaus (termistori) Reikä kiinnitysruuville Vedensyöttö Lämmönsäätökierto Huokoskivi Kuva 2. Leikkauskuva halkaistavasta ja lämpöeristetystä routasellistä (φ = 100 mm). 3.2 Kalibrointi Routaselliin liittyvät mittauslaitteet kalibroidaan kahden vuoden välein. Mikäli laitteiston toiminnassa havaitaan tavallisuudesta poikkeavaa, on kalibrointi suoritettava tarvittaessa useamminkin. Lämpötila-anturit kalibroidaan jäävettä ja tarkkaa lämpömittaria käyttäen. Lämpömittarilla seurataan kalibrointijääveden lämpötilaa valmisteluvaiheessa ja kalibroinnin päätyttyä. Tarkkuuslämpömittari kalibroidaan esim. Mittatekniikan keskuksessa kahden vuoden välein. Kalibrointia varten routaselli asennetaan mittausvalmiuteen ilman maanäytettä. Maanäytteen sijasta selli täytetään jäävedellä, joka valmistetaan hienoksi murskatusta jäästä ja vedestä. Sulavaa jäämursketta sullotaan routaselliin kumikalvon sisään. Valmiin jääveden tulee sisältää jäätä mahdollisimman paljon. Jääveden annetaan tasaantua noin 30 minuutin ajan, jonka jälkeen selliin lisätään sulavaa jäämursketta ja samalla poistetaan vettä tarvittaessa. Jäämurske tiivistetään uudelleen sekä asennetaan sellin kansi ja kuormituskehä paikalleen (kuormitukseksi 20 kpa). Routasellin lämpötila-antureiden tulee näyttää nollaa (0 C) ± 0.02 C tarkkuudella (välittömästi edellä mainittujen toimenpiteiden jälkeen). Siirtymäanturin toiminta varmistetaan paksuudeltaan tunnettuja mittapaloja käyttäen. Mittapalojen paksuudet mitataan työntötulkilla. Routanousun mittaustarkkuuden tulee olla vähintään ±0,01 mm.

8 7 4 NÄYTTEEN OTTO JA VALMISTUS 4.1 Häiriintymätön maanäyte Sula maanäyte maastossa otetaan ohutseinäiseen teräsputkeen, jonka sisäläpimitatta on 100 mm ja korkeus noin 150 mm. Näyte otetaan painamalla putkea varovasti koekuopan pohjaan. Putkeen otetun näytteen tulee olla mahdollisimman luonnontilainen. Näytteen ottoa helpotetaan kaivamalla näytteenottokohdan viereen ensin pieni syvennys (syvyys noin 200 mm ja etäisyys näytteenottokohdasta noin 50 mm). Putkea painetaan maahan niin syvälle, kun se helposti saadaan. Sitten laajennetaan putken viereen tehtyä syvennystä putken ympärille. Syvennys kaivetaan noin 20 mm putken alapään alapuolelle, jonka jälkeen putkea painetaan taas varovasti alaspäin. Näin jatketaan, kunnes putken sisään on saatu vähintään 80 mm korkea näyte. Yleensä pyritään saamaan koko putki täyteen näytettä, jolloin näyte ei pääse kuljetuksen aikana löyhtymän tai rikkoutumaan vajaassa putkessa. Putken molempiin päihin painetaan tiiviit kannet, putki suljetaan muovipussiin ja mukaan liitetään tunnistetiedot. Putki kuljetetaan pystyasennossa (näytteen alapää alaspäin). Paras routakoenäyte saadaan, jos näyte voidaan saada ehjänä luonnontilaisesta jäätyneestä maasta. Kuvan 3 mukaisella routakairalla saadaan jäätynyt näyte hienorakeisesta ja kivettömästä maasta. Näytettä saadaan kohtuullisen helposti vain noin 0.5 m syvyyteen maanpinnasta. Jos näytteenottokohta on syvemmällä tai karkearakeisten maakerrosten peittämä, on kyseinen maakerros ensin paljastettava. Syvissä kairareijissä ongelmaksi saattaa muodostua näytteen katkaisu kairan kärjen tasolta, jos kairaa ei saada yhtään kallisteltua. Kallistaminen helpottuu, jos kairan viereen kaivetaan ensin kuoppa. Näytteen otto vanhan tien alusrakenteesta ajoitetaan kevään sulamiskauteen, jolloin päällysrakenne on jo sulamassa ja helpoimmin pois kaivettavissa. Jäätynyt näyte työnnetään kairasta ulos ja suljetaan tiiviisti muovipussiin tai näyteputkeen. Jäätyneiden näytteiden säilytystä varten tarvitaan (olosuhteista riippuen) kunnollinen kylmälaukku, jossa näytteet kuljetetaan laboratorion pakastimeen. Kuva 3. Routakaira jäätyneen maanäytteen ottoon (Saarelainen 1992). Laboratoriossa näyte työnnetään ulos putkesta ja siitä valitaan mahdollisimman häiriintymätön ja halkeilematon osa routakoenäytteeksi. Näyte katkaistaan kohtisuorasti. Näytteen päiden ja sivujen epätasaisuudet täytetään ja oikaistaan irrallista näytemaata käyttäen. Näyt-

9 8 teen korkeus voi olla mm. Asennuksen helpottamiseksi sulaa näytettä voidaan jäädyttää pakastimessa muutaman tunnin ajan. Ennen selliin asennusta näyte punnitaan ja sen korkeus mitataan kolmesta kohdasta. Ylimääräisestä maamassasta määritetään näytteen alkuvesipitoisuus. Tuloksista lasketaan näytteen märkä- ja kuivatilavuuspainot. Em. tiedot kirjataan routanousukoelomakkeelle (liite 2). 4.2 Häiriintynyt maanäyte Häiriintyneestä maanäytteestä rakennetaan routakoenäyte sullomalla sula maanäyte halkaistavaan muottiin, jonka halkaisija on 100 mm ja korkeus 100 mm. Näyte valmistetaan maamateriaalista, josta on poistettu yli 16 mm rakeet. Muotin pohjalle ja seinämien sisäpinnalle asennetaan tukeva muovikalvo (noin 0,5 mm), jolloin näyte irtoaa sellistä helpommin ja näyte sopii hyvin routaselliin (muotin suojamuovi vastaa paksuudeltaan routakokeen kumikalvoa). Sullonta suoritetaan ohuina kerroksina tavoitekuivatiheyteen, joka on yleensä sama kuin ko. maakerroksen tiheys luonnontilassa. Tavoitetiheys (ja kokeessa käytettävä konsolidointijännitys) riippuu myös kokeen tarkoituksesta ja siitä, mikä kuormitus ko. maakerrokseen tulee vaikuttamaan tulevassa rakenteessa. Esimerkiksi syvässä tieleikkauksessa tiivis pohjamaa löyhtyy ensimmäisen kerran routiessaan eikä palaudu alkuperäiseen tiiviyteensä koska kuormitus on pienentynyt. Ylimääräisestä maamassasta määritetään näytteen alkuvesipitoisuus. Näytettä (muotteineen) jäädytetään pakastimessa muutaman tunnin ajan. Ennen selliin asennusta näyte punnitaan ja sen korkeus mitataan kolmesta kohdasta (joskus näyte paisuu jäätyessään eikä näyte jäädyttyään ole enää muotin korkuinen). Tuloksista lasketaan näytteen märkä- ja kuivatilavuuspainot. Em. tiedot kirjataan routanousukoelomakkeelle (liite 2). 5 ROUTANOUSUKOKEEN SUORITUS Routanousukokeen suoritustapa ja koejärjestelyt eivät ole kansainvälisesti eikä Suomessakaan täysin vakiintuneet. Tässä menetelmäkuvauksessa kuvataan routanousukoe sellaisena, joksi se on VTT:n tekemän noin 20 vuoden kehitystyön ja kenttäverifiointien perusteella muotoutunut. 5.1 Näytteen asentaminen selliin Häiriintymätön tai muottiin rakennettu näyte asennetaan jäätyneenä routasellin pohjaelementin päälle. Pohjassa olevan huokoskiven ja näytteen väliin sijoitetaan huokospaperi. Näytteen ympärille pujotetaan kumikalvo, joka ulotetaan myös pohjaelementin ympärille. Näytteen päälle laitetaan kansielementti. Kumikalvo vedetään kannen ympärille ja se puristetaan vesitiiviiksi kanteen ja pohjaan o-renkaita käyttäen. Kumikalvon ulkopintaan tai/ja routasellin sisäpintaan sivellään silikonia, joka pysyy kylmänäkin notkeana. Lopuksi näyte suljetaan lämpöeristetyn kuoren sisälle, kiristetään kiinnitysvanteet sekä sijoitetaan kuormituskehä ja siirtymäanturi paikoilleen. 5.2 Näytteen alkusulatus, konsolidointi ja kyllästys Näytteen vedensyöttö järjestetään täyttämällä vesiastia ja avaamalla hana sellin kannessa, jotta näytteessä oleva ilma pääsee poistumaan. Astian vedenpinta pidetään kyllästyksen aikana näytteen yläpinnan tasossa. Kuormituskehään ripustetaan painot, joilla aiheutetaan

10 9 näytteeseen 20 kpa:n kuormitus. Jäähdytyslaitteet säädetään kierrättämään noin +3 C:n lämpöistä nestettä sellin kannessa ja pohjassa. Näytteen annetaan sulaa, konsolidoitua ja kyllästyä vähintään vuorokauden ajan. Näyte on konsolidoitunut riittävästi, kun painuminen on pysähtynyt eli kun aika-painumakuvaaja on ollut vaakasuora vähintään neljän viimeisen tunnin ajan. Usein on tarpeen tehdä myös ns. esiroutanousukoe ennen varsinaista routanousukoesarjaa. Esiroutanousukokeessa kuormituksena on vain kuormituskehä (2 kpa). Sulatus-, ja konsolidointivaihessa kuormitus on yleensä 20 kpa. Esiroutanousukoe tehdään aina, kun käytetään rakennettua näytettä tai kun näyte ei ole joutunut koskaan routimaan (otettu routarajan alapuolelta). Esiroutanousukokeen tarkoituksena on myös saada näyte kyllästymään paremmin aikaansaamalla näytteen routiminen ja konsolidoimalla näyte. Esiroutanousukoe on suositeltavaa tehdä myös silloin, kun näyte on löyhä, häiriintynyt tai huonokuntoinen (halkeamia, tasoitettuja koloja yms. sisältävä). 5.3 Kuormittamaton routanousukoe Ensimmäinen routanousukoe aloitetaan poistamalla konsolidointikuormitus ja sulkemalla kannen vesihana. Näytteen pintakuormituksena on nyt 2 kpa, joka aiheutuu pelkän kuormituskehän painosta. Vedensyöttöastia lasketaan alas pöydälle ja tarkistetaan, että astian vedenpinta on noin 5 mm sellin pohjan yläpuolella. Kansielementissä kiertävän nesteen lämpötilaksi säädetään -3 C. Pohjaelementissä kiertävän nesteen lämpötilaksi säädetään + 1 C:een. Kokeen aikana mitataan lämpötiloja ja kannen routanousua halutuin mittausvälein (yleensä 30 min). Routanousukokeen kesto on vähintään 24 tuntia. Koe voidaan lopettaa, kun routarajan eteneminen on pysähtynyt eli kun ruudulle tulostuva (z-h) -käyrä on ollut vaakasuora vähintään neljän viimeisen tunnin ajan. 5.4 Sulatukset Näytteen sulatuksen ajaksi kuormituskehään ripustetaan painot, joita tullaan käyttämään myös seuraavassa routanousukokeessa (kuormitus joko 20 tai 40 kpa). Kansielementissä kiertävän nesteen lämpötilaksi säädetään noin -0,5 C. Pohjaelementissä kiertävän nesteen lämpötilaksi säädetään noin +15 C. Sulamispainuma mitataan 30 min välein. Seuraava routanousukoe voidaan aloittaa, kun sulamispainuminen on pysähtynyt eli kun aikapainumakäyrä on vaakasuora vähintään neljän viimeisen tunnin ajan. Sulatus- ja konsolidointivaihetta jatketaan tarvittaessa, jos näyte ei ole palautunut ennen edellistä routakoetta olleeseen korkeuteensa. Jotta näyte konsolidoituisi nopeammin, voidaan kannen hana avata konsolidointivaiheen ajaksi, jos tarkoitus ei ole tehdä ns. sulamispainumakoetta. Tarvittaessa tarkastetaan, ettei routasellin kansi ole kallistunut ja kiilautunut paikalleen. Sulatus ennen toista kuormitettua routanousukoetta (40 kpa) tehdään käyttämällä 40 kpa:n pintakuormaa. 5.5 Kuormitetut routanousukokeet Ensimmäinen kuormitettu routanousukoe tehdään kuten kuormittamaton koe, mutta samalla 20 kpa:n pintakuormalla kuin edellinen sulatuskin. Kansielementissä kiertävän nesteen lämpötilaksi säädetään -3 C ja pohjaelementissä kiertävän nesteen lämpötilaksi + 1 C.

11 10 Toinen kuormitettu routanousukoe tehdään kuten kuormittamaton koe, mutta 40 kpa:n pintakuormaa käyttäen. Kansielementissä kiertävän nesteen lämpötilaksi säädetään -3 C ja pohjaelementissä kiertävän nesteen lämpötilaksi + 1 C. 5.6 Mittaustietojen keruu Routanousukokeessa ja sulamispainumakokeessa käytetään samaa tiedonkeruuohjelmaa. Kokeen kulusta, kuormituksista ja näytekorkeudesta (osakokeiden alussa ja lopussa) pidetään kirjaa täyttämällä routanousukoelomaketta (liite 2). 5.7 Kokeen lopetus ja näytteen purkaminen Jos routakokeiden jälkeen on tarkoitus tehdä vielä erillinen sulamispainumakoe, näyte sulatetaan ja jäädytetään sitten kokonaan vakioroutaantumisnopeudella. Muussa tapauksessa näyte poistetaan sellistä yläosastaan jäätyneenä routakokeiden päätyttyä. Kokeen tiedonkeruun lopetuksen jälkeen avataan routaselli, poistetaan kumikalvo, mitataan näytteen loppukorkeus ja routarajan syvyys sekä kirjataan silmämääräiset havainnot näytteestä (näkyvät jäälinssit yms.). Näyyteistä on suositeltavaa ottaa valokuvia tulosten käsittelyä varten. Suositeltavaa on määrittää vielä näytteen (jäätyneen ja sulan osan) loppuvesipitoisuus kuivaamalla näyte uunissa. 5.8 Tulokset Routanousukokeet tulostetaan kuvina eri pintakuormituksilla tehdyistä kokeista. Kuvissa esitetään kokeen edetessä routanousu (h), roudansyvyys (z), nettoroudansyvyys (z-h), suhteellinen routanousu (h/z) ja routimiskerroin (SP). Kuviin kirjataan myös kokeen tulos eli routimiskerroin silloin, kun routaraja ei enää tunkeudu alemmas näytteessä eli kun roudan nettosyvyys kuvassa 4 alkaa olla vaakasuora. Routanousu, h [ mm ] Suhteellinen routanousu, h/z [ % ] Segregaatiopotent., SP [mm²/kh] SP [mm2/kh] h/z [%] h [mm] z [mm] z-h [mm] Valtion teknillinen tutkimuskeskus Väylät ja ympäristö ROUTANOUSUKOKEEN ESIMERKKITULOSTUS PL 2005, oik. 3.5 m, näytesyvyys m Pintakuormitus 2 kpa SP( 2kPa) = 3.8 mm 2 /Kh Näytteen alkukorkeus 99.6 mm ja läpimitta 100 mm Aika kokeen alusta [ h ] Roudan syvyys, z [ mm ] Roudansyv. - routanousu, z-h [mm] Kuva 4. Routanousukokeen tulostusesimerkki.

12 11 6 KIRJALLISUUS Ahonen, M., Kujala, K Menetelmäehdotus routanousukokeen suorittamisesta. TPPT väliraportti nro M10a. 5 s + liitteet 3 s. ASTM Standard D Standard Test Methods for Frost Heave and Thaw Weakening Susceptibility of Soils, D Konrad, J.-M Sixteenth Canadian Geotechnical Colloquium: Frost heave in soils: concepts and engineering. Canadian Geotechnical Journal, vol 31. s Konrad, J.-M., J.T.C. Seto Frost heave characteristics of undisturbed sensitive Champlain clay. Canadian Geotechnical Journal, vol 31. s Konrad, J.-M., Morgenstern, N.R The segregation potential of a freezing soil. Canadian Geotechnical Journal, vol 18. s Koskinen, J Tiedonkeruu ja käsittely routanousukokeessa. Diplomityö. Espoo. Teknillinen Korkeakoulu, Rakennus- ja maanmittaustekniikan osasto. 59 s + liitteet 2 s. Onninen, H Routanousukokeen menetelmäkuvaus. VTT Yhdyskuntatekniikka, Tie- ja geotekniikka (julkaisematon moniste). 6 s.

13 Routakoelaitteistoja, joiden tuloksista voidaan määrittää routimiskerroin SP (segregaatiopottentiaali) Oulun yliopiston laitteisto Eräs J.-M. Konradin käyttämä laitteisto VTT Yhdyskuntatekniikan laitteisto Halkaistava PVC -selli Korkeus 250 mm, halkaisija 102 mm Lämpöeristys sellin ympärillä ja jäävesikierto ko- Yhtenäinen plexiputkiselli Korkeus mm, halkaisija mm Irrallisia polystyreeni palloja sellien ympärille laa- Halkaistava teflon- ja PVC -selli Korkeus 160 ja 200 mm, halkaisija (80), 100 ja 101 mm Sellin rakenne ja lämpöeristys Valettu polyuretaanilämpöeristys sellin ympärillä tikkoon telon ympärillä Lämpötilamittaus Anturit (termistorit) kiinteästi sellin seinämässä Anturit työnnetään näytteeseen sellin seinämän Anturit (termistorit) kiinteästi sellin seinämässä Anturit eivät liiku näytteen mukana reikien kautta. Anturit eivät liiku näytteen mukana Anturit ja/tai johtimet nousevat sellin mukana Näyte sekä Luonnontilainen tai erilliseen muottiin sullottava Luonnontilainen tai suoraan selliin sullottava rakennettu Luonnontilainen tai erilliseen muottiin sullottava sen korkeus ja rakennettu näyte näyte rakennettu näyte halkaisija Korkeus 100 ( ) mm, halk. 100 (80) mm Kork. (80-110) 100 mm, halk. (75-150) 100 mm Korkeus 105 mm, halkaisija 100 mm Näytteen Luonnontitainen tai esivalmistettu näyte asennetaan Luonnontilainen näyte työnnetään putkiselliin tai Luonnontitainen tai esivalmistettu näyte asenne- asennus/ sijoittaminen vesitiiviisti kumikalvon sisälle rakennettu näyte sullotaan selliin. taan vesitiiviisti kumikalvon sisälle Kumikalvo tiivistetään kanteen ja pohjaan Näyte vesitiiviisti plexiputkessa, lämpötila-anturien Kumikalvo tiivistetään kanteen ja pohjaan selliin o-renkailla reijät tiivistetään. o-renkailla Seinämäpuolikkaat kiristetään näytteen ympärille O-renkaat sellin sekä pohjan ja kannen välissä Seinämäpuolikkaat kiristetään näytteen ympärille Sellin toimintaperiaate Näytteen yläpäätä jäähdytetään (-3 C) ja alaosa Näytteen yläpäätä jäähdytetään (-3 C) ja Näytteen yläpäätä jäähdytetään (-1.5 C) ja ala- pidetään sulana (+1 C) alaosa pidetään sulana (+ 1.5 C) osa pidetään sulana (+4 C) Routivan näyteen yläosa ja sellin kansi nousevat Routivan näytteen yläosa, sellin seinämä ja sellin Routivan näyteen yläosa ja sellin kansi nousevat routanousun mukaan kansi nousevat routanousun mukaan routanousun mukaan Sellin seinämä pysyy paikallaan. Liukuminen tapahtuu Sellin seinämä pysyy paikallaan. Liukuminen ta- jäätyneen osan kohdalla, silikonivoitelu Liukuminen tapahtuu sulan osan kohdalla pahtuu jäätyneen osan kohdalla, vaseliini voitelu Veden saanti Sellin pohjan huokoskiven kautta Sellin pohjan huokoskiven kautta Sellin pohjan huokoskiven kautta Laitteiston toiminnan kuvaus: Konrad & Seto (1994) Laitteiston toiminnan kuvaus: Ahonen & Kujala (1997) Kirjallisuutta Laitteiston toiminnan kuvaus ja verifiointi kenttämittauksilla: S. Saarelainen (1992) LIITE 1

14 Menetelmäkuvaus: Routanousukoe LIITE 2 RAKENNUS JA YHDYSKUNTATEKNIIKKA ROUTANOUSUKOE Työnumero: Tilaaja: Tutkimus: Piste n:o Näytteenotto pvm: Syvyys: Näytteen : 80 mm 100 mm Vesipitoisuus Märkätilavuuspaino (w) (γ) Bm Bk Bm T w = 100 γ = B T V k Kuivatilavuuspaino (γ d ) γ γ d = w Näytteen kuvaus kokeen jälkeen = - = B m = Astia + näyte märkänä B m - = Näyte kuivana B k B k = Astia + näyte kuivana B k - T = Näyte kuivana T = Astian paino V = Tilavuus z Vesipitoisuus ylim. massasta: Vesipitoisuus kokeen jälkeen: B m = g B m = g H B k = g B k = g T = g T = g B m - g B m g B k B k B k - T = g B k - T = g w = % w = % Näytteen tilavuuspainot: Näyte kokeen jälkeen: B m = g H = mm T = g z = mm B m - T = g Huomioita näytteestä: γ = t/m 3 γ d = t/m 3 Pvm Kellon- Lab.no Ala- Näytteen Kuormitus Huom. aika numero korkeus = tiedoston nimi [mm] [kpa] Päivämäärä: Kokeen suorittaja:

15 TPPT Nro Tierakenteen suunnittelu ja mitoitus TPPT Menetelmäkuvaukset Tierakenteen suunnittelu ja mitoitus 17 Kuormituskestävyysmitoitus. Päällysrakenteen väsyminen 18 Tierakenteen routamitoitus 19 Tien jatkuvan painumaprofiilin laskenta pixelimallilla 20 Päällysrakenteen elinkaarikustannusanalyysi 21 Mitoituksen lähtötietojen hankkiminen TPPT Menetelmäkuvaukset Nro 1 Pudotuspainolaitemittaus (PPL-mittaus) 2 Rakennekerrosmoduulien takaisinlaskenta sekä jännitysten ja muodonmuutosten laskenta 3 Liikennerasituksen laskeminen 4 Ilmastorasitus. Pakkasmäärän ja sulamiskauden pituuden määritys 5 Roudan syvyyden määritys 6 Routanousukoe. Routimiskertoimen (SP) kokeellinen määritys 7 Routimiskertoimen määritys 8 Lämmönjohtavuuden määrittäminen Sähköinen vastusluotaus tien painumalaskennan lähtötietojen hankkimisessa 9 10 Radiometrinen reikämittaus 11 CPTU - kairaus 12 Läpäisevän kerroksen määrittäminen painumalaskennan tarpeisiin 13 Tien rakennekerrostutkimukset 14 Routanousun ja painuman mittaus 15 Tien vauriokartoitus ja vaurioiden kuvaus 16 Palvelutasomittaus (PTM) tien rakenteen parantamisen suunnittelussa