Tietoa tiensuunnitteluun nro 71A

Transkriptio

1 Tietoa tiensuunnitteluun nro 71A Julkaisija: Tiehallinto, tie- ja geotekniikka luonnos TIEN PÄÄLLYSRAKENTEEN MITOITUKSESSA KÄYTETTÄVÄT MODUULIT JA VÄSYMISFUNKTIOT 1. Ohjeen sisältö ja kohde Tämä ohje korvaa ohjeessa Teiden suunnittelu IV, 5. Päällysrakenne (= vanha suunnitteluohje) esitetyn taulukon 52:3 (Päällysrakennemateriaalien E-moduulit). Tämä ohje sisältää Tiehallinnon kohteissa käytettävät - Odemarkin mitoituskaavaan sijoitettavat päällysrakennemateriaalien staattiset moduulit - Analyyttisessä mitoituksessa käytettävät alus- ja päällysrakennemateriaalien dynaamiset moduulit ja väsymisfunktiot. Tiehallinto päättää hankekohtaisissa tuotevaatimuksissa, kumpaa menetelmää käytetään uuden tierakenteen suunnittelussa. Analyyttistä mitoitusta voidaan käyttää uusien teiden päällysrakenteen mitoitukseen, jos bitumilla sidotun päällysteen paksuus on vähintään 80 mm. Normaalisti käytetään vanhan ohjeen mukaista mitoitusta. Tässä julkaisussa esitetyt dynaamiset moduulit ja väsymisfunktiot on sisällytetty valmiiksi APAS 3.0 mitoitusohjelman yleiseen tietokantaan. Uusille kerrosmateriaaleille valmistaja voi pyytää tyyppihyväksyntää, jossa määritetään mitoituksessa käytettävät parametrit. Ohjeen versio 71A on tarkoitettu tässä vaiheessa tutustumiseen Analyyttisen mitoituksen osalta ja koekäyttöön Odemarkin mitoituksen osalta. Palautteiden perusteella julkaistaan myöhemmin versio 71B, johon voidaan viitata uusia hankekohtaisia tuotevaatimuksia laadittaessa. Tiehallinto voi sallia tämän ohjeen mukaisten parametrien käytön myös käynnissä olevissa urakoissa. Tämä julkaisu tai sen uudempi korvaava versio (71B jne.) on aikanaan saatavissa tiehallinnon internet-sivulta Ohjeen tästä versiosta pyydetään palautteita.

2 2 2. Odemarkin mitoituksen E-moduulit Taulukossa 1 on esitetty Odemarkin mitoituskaavaa käytettäessä eri rakennekerrosmateriaaleille käytettävät E-moduulit. Jos materiaalille on taulukossa esitetty useampi laatuluokka, niistä on valittava käyttöön se, jonka vaatimukset työssä pystytään täyttämään ottaen huomioon mm. käytettävä työmenetelmä, suhteitus, materiaalit, alusta ja olosuhteet. Taulukko 1. Odemarkin mitoituksessa käytettävät sidottujen päällysrakennemateriaalien moduulit. Päällysrakennemateriaalien E- moduulit Materiaali Lyhenne E, MPa Huomautukset Asfalttibetoni AB 2500 Pehmeä asfalttibetoni PAB-B 1650 Pehmeä asfalttibetoni PAB-V 1400 Kantavan kerroksen asfalttibetoni ABK 2500 Remixerstabilointi 1 REST Laiha tai paksu ( mm) < 15xE A Remixerstabilointi 2 REST Normaali < 20xE A Komposiittistabilointi 1 KOST Laiha tai paksu ( mm) < 15xE A Komposiittistabilointi 2 KOST Normaali < 20xE A Vaahtobitumistabilointi 1 VBST Laiha tai paksu ( mm) < 10xE A Vaahtobitumistabilointi 2 VBST Normaali < 15xE A Bitumiemulsiostabilointi 1 BEST Laiha tai paksu ( mm) < 10xE A Bitumiemulsiostabilointi 2 BEST Normaali < 15xE A Masuunihiekkastabilointi 1 MHST Aktivoimaton, masuunihiekan < 10xE A osuus vähintään 5% Masuunihiekkastabilointi 2 MHST Sementillä aktivoitu, 28 d:n puristuslujuus 3 MPa < 20xE A Sementtistabilointi 1 SST d:n puristuslujuus 3 5,9 MPa < 20xE A Sementtistabilointi 2 SST vrk:n puristuslujuus MPa < 40xE A E A = Laskennallinen Odemarkin mitoituskaavalla laskettu rakennekerroksen alustan kantavuus, MPa. Laiha = Bitumipitoisuus 1 %-yksikön pienempi kuin kokemusperäisessä suhteituksessa vähintään osuuden joka toisessa näytteessä, mutta routimaton. Paksu = Kerralla tehtävä paksuus suluissa esitetyn mukainen. Normaali = Stabilointiohjeen mukainen sideainepitoisuus, paksuus pienempi kuin tapauksessa 'Paksu'. Esitettyjen moduulien käyttö edellyttää päällystekerrosten osalta, että ne täyttävät TYLT/Päällysteet (TIEH ) ja Asfalttinormien vaatimukset. Stabiloitujen kerrosten on vastaavasti täytettävä TYLT/Kantavan kerroksen stabilointi (TIEH ) vaatimukset ja ne on suunniteltava ja toteutettava noudattaen Stabilointiohjetta (TIEH ).

3 3 Sitomattomien kerrosten materiaalien on täytettävä vastaavasti TYLT/Pengerkerrosrakenteet (TIEL ) vaatimukset. Taulukko 2. Odemarkin mitoituksessa käytettävät sitomattomien päällysrakennemateriaalien moduulit. Materiaali Lyhenne E, MPa Huomautukset Routimaton kalliomurske rton KaM Routimaton soramurske rton SrM Routimaton sora rton Sr Routimaton hiekka rton Hk Routiva murske tai soramoreeni - penkereessä - leikkauksessa rva M/SrMr < 6x E A Betonimurske, laatu 1 BEM < 10x Betonimurske, laatu 2 BEM < 6x Betonimurske, laatu 3 BEM E A Masuunihiekka Mh 600 < 10x Masuunikuonamurske KuM 430 < 6x Kappalekuona Ku 350 E A E A Jakavan tai kantavan kerroksen rakeisuusalue. Vanhan suunnitteluohjeen kuvasta 52:3 rakeisuuden perusteella Suodatinkerroksen rakeisuusalue. Vanhan suunnitteluohjeen kuvasta 52:3 Vanhan suunnitteluohjeen kuvasta 52:3 rakeisuuden perusteella, kuivatus mukaisesti TIEL luokitus Alusrakenteen kantavuusluokitus Alusrakenteen kantavuusluokitus tehdään edelleen vanhan suunnitteluohjeen taulukon 52:4 mukaisesti. Alusrakenteen kantavuus sekä rakennekerrosten paksuudet ja moduulit ovat lähtöarvoja laskettaessa Odemarkin mitoituskaavalla tien pinnan laskennallinen kantavuusarvo.

4 4 3. Analyyttinen mitoitus (monikerroslaskenta) Monikerroslaskennassa käytetään taulukoiden 3 6 mukaisia moduuleja ja väsymissuoria. Sidotut Taulukko 3. Sidottujen ja hydraulisesti lujittuvien päällysrakennemateriaalien moduulit ja väsymisfunktiot analyyttiseen mitoitukseen. Materiaali Lämpötila, Moduuli M Väsymisfunktio ºC (20º C), MPa Asfalttibetoni (BIT50/70) AB1 Asfalttibetoni (BIT70/100) AB1 Asfalttibetoni (BIT100/150) AB1 Asfalttibetoni (BIT150/220) AB1 Kivimastiksiasfaltti (BIT50/70) AB1 Kivimastiksiasfaltti (BIT70/100) AB1 Kivimastiksiasfaltti (BIT100/150) AB1 Sidekerr. asf.bet. (B50/70+Gils. 17%) AB1 Sidekerr. asf.bet. (B70/100+Gils. 17%) AB1 Kantavan asfalttibetoni (BIT20/30) AB1 Kantavan asfalttibetoni (BIT35/50) AB1 Kantavan asfalttibetoni (BIT50/70) AB1 Kantavan asfalttibetoni (BIT70/100) AB1 Pehmeä asfalttibetoni PAB-B AB1 Pehmeä asfalttibetoni PAB-V AB1 Remixerstabilointi REST1 Remixerstabilointi REST2 Komposiittistabilointi REST1 Komposiittistabilointi REST2 Vaahtobitumistabilointi VBST1 Vaahtobitumistabilointi VBST2 Bitumiemulsiostabilointi VBST1 Bitumiemulsiostabilointi VBST2 Masuunihiekkastabilointi MHST1 Masuunihiekkastabilointi MHST2 Sementtistabilointi SST1 Sementtistabilointi SST2 BEM BEM BEM BEM Stabilointien ja hydraulisesti lujittuvien materiaalien laatuluokat on määritelty taulukossa 1.

5 5 Taulukko 4. Sidottujen päällysrakennemateriaalien väsymisfunktiot kerroksen alapinnan venymän suhteen. Taulukon 3 tunnus Väsymisfunktio 2 Sallittu ε =f(m, K), µstrain ) Käänteisfunktio 3) Sallittu K = f(m, ε) AB1 ((1.149*10^-10*(M/3650)^-2.0)/K)^(1/4.5) 1.149*10^-10*(M/3650)^-2.0*(1/ε)^4.5 REST1 ((9.665*10^-11*/K)^(1/4.5) 9.665*10^-11*(1/ε)^4.5 REST2 ((9.096*10^-11/K)^(1/4.5) 9.096*10^-11*(1/ε)^4.5 VBST1 ((9.488*10^-11/K)^(1/4.5) 9.488*10^-11*(1/ε)^4.5 VBST2 ((7.970*10^-11/K)^(1/4.5) 7.970*10^-11*(1/ε)^4.5 MHST1 (5.115*10^-15/K)^(1/5.68) 5.115*10^-15*(1/ε)^5.68 MHST2 (1.491*10^-15/K)^(1/5.68) 1.491*10^-15*(1/ε)^5.68 SST1 (7.419*10^-30/K)^(1/9.22) 7.419*10^-30*(1/ε)^9.22 SST2 (3.967*10^-31/K)^(1/9.22) 3.967*10^-31*(1/ε)^9.22 BEM (3.257e-5/K)^(1/3) (3.257e-5)/(E^3) ε = M = K = vetomuodonmuutos sidotun kerroksen alapinnassa, m/m (strain) E-moduuli 20 asteen vertailulämpötilassa, MPa 10 tonnin standardiakseleiden ylityskertojen määrä kestoiän aikana ajokaistalla

6 6 Sitomattomat Taulukko 5. Materiaali 1) Sitomattomien materiaalien ja pohjamaiden moduulit ja väsymisfunktiot analyyttiseen mitoitukseen. H , H , H , H , Si , Kuivakuorisavi Sitkeä savi Pehmeä savi -0, turve märkä -0, M hyvä 0, M normaali 0, M huono 0, , S1hyvä 0, S1normaali 0, , S1huono 0, , S2kuiva ja homog. 0, S2normaali 0, , S , S , SiMr , BEM3 0, Masuunihiekka 0, Masuunikuonamurske 0, Kappalekuona 0, Jännitys Normaalit olosuhteet, Märät olosuhteet eksponentti eri jännitystasot (kpa) 1) M(40) M(70) M(160) Märkyy M(40) skerroin Väsymisfunktio 2) Materiaalien laatuluokitus on esitetty taulukossa 7. M(S) = M(40)*(S/40)^jännityseksponentti = jännitystilasta riippuvan moduulin laskentamalli, jossa M(S) = kokonaisjännitystilaa S [kpa] vastaava moduuli, MPa sall. ε =f(k), µstrain, ε = pystymuodonmuutos sitomattoman kerroksen tai pohjamaan alapinnassa Jännitystila 40 kpa esiintyy tyypillisesti pohjamaassa, 70 kpa jakavassa kerroksessa ja 160 kpa noin 100 mm paksuisen päällysteen alla.

7 Taulukko 6. Sitomattomien materiaalien väsymisfunktiot pystysuuntaisen muodonmuutoksen suhteen. 7 Taulukon 5 numero Väsymisfunktio Sallittu ε =f(k), µstrain Käänteisfunktio Sallittu K = f(ε) 1 2.2*((4.05e-3*K^( ))) 2.2^(1/0.1633)*(4.05e-3/ε)^(1/0.1633) e-2*K^(-0.255) (1.73e-2/ε)^(1/0.255) 3 2.8*((4.05e-3*K^( ))) 2.8^(1/0.1633)*(4.05e-3/ε)^(1/0.1633) 4 2.5*((4.05e-3*K^( ))) 2.5^(1/0.1633)*(4.05e-3/ε)^(1/0.1633) 5 (3.257e-5/K)^(1/3) (3.257e-5)/(E^3) 6 (4e-8*10^(0.062* )/K)^(1/4.0) (4e-8*10^(0.062* ))/(E^4.0) puristusmuodonmuutos sidotun kerroksen yläpinnassa, 10 tonnin standardiakseleiden ylityskertojen määrä kestoiän aikana ajokais- ε = K = talla Taulukko 7. Sitomattomien materiaalien kelpoisuusluokitus. Materiaali Seula ja läpäisyprosentti 0,02 0,063 2 H H H3 > 5 1) H S1 0-7 <70 S2 >3 2) 8-17 <70 S <70 S <70 1) Kuuluu luokkaan H2, jos 0,02 mm läpäisy on alle 5 % 2) Kuuluu luokkaan S1, jos 0,02 mm läpäisy on alle 3 % Rakeisuus määritetään pesuseulonnalla. Käsitteet S1 hyvä, S1 normaali ja S1 huono sekä M (murske) hyvä, normaali ja huono määritellään myöhemmin. Samoin märän olosuhteen määritelmä.

8 8 Laskentaohjelma Analyyttisessä mitoituksessa käytetään laskentaohjelmaa, joka toteuttaa seuraavat ehdot: 1. Laskee tierakenteen eri kerroksiin liikennekuormasta ja maan painosta aiheutuvat jännitykset ja muodonmuutokset ja laskennallisen kestoiän sidotun kerroksen alapinnan muodonmuutoksen ja sitomattomien kerrosten muodonmuutosten perusteella. 2. Kuormana on 50 kn kaksoispyörä. 3. Säätää kerroksen moduulia pääjännitysten summan ja alustan kantavuuden perusteella. 4. Jakaa kerrokset 50 lamelleiksi ja lisää jakojäännöksen alimman kerroksen paksuuteen. 5. Tulostussivulla näkyvät tulosten lisäksi syötetyt arvot siten, että tulokset eivät voi vahingossa tulostua väärien lähtötietojen kanssa. 6. Tulosteessa lisätään huomautus niiden väsymissuorien, moduulien ja materiaalinimikkeiden kohdalle, jotka eivät perustu tähän ohjeeseen. Markkinoilla on tällä hetkellä yksi monikerroslasekntaohjelma, jonka kelpoisuuden Tiehallinto on varmistanut: APAS 3.0. Siihen on syötetty tämän ohjeen mukaiset parametrit. Jos materiaalille on taulukossa esitetty useampi laatuluokka, niistä on valittava käyttöön se, jonka vaatimukset työssä pystytään täyttämään ottaen huomioon käytettävä työmenetelmä, suhteitus ja materiaalit. Esitettyjen moduulien käyttö edellyttää päällystekerrosten osalta, että ne täyttävät TYLT/Päällysteet (TIEH ) ja Asfalttinormien vaatimukset. Stabiloitujen kerrosten on vastaavasti täytettävä TYLT/Kantavan kerroksen stabilointi (TIEH ) vaatimukset ja ne on suunniteltava ja toteutettava noudattaen Stabilointiohjetta (TIEH ). Sitomattomien kerrosten materiaalien on täytettävä vastaavasti TYLT/Penger- kerrosrakenteet (TIEL ) vaatimukset. Lisäksi eri materiaaleista tehtyjen rakennekerrosten tulee täyttää taulukossa esitetyt minimipaksuusvaatimukset.

9 9 Edelliset numerot v Lumitilan tarve meluesteiden, välikaistojen ym. kohdalla v Tieympäristön pehmentämisen turvallisuusvaikutukset v Ekologinen ympäristöluokitus v Töhrimisen minimointi (Teiden suunn. V 3. Meluesteet, korvaa ositt.) 17. Jyrkkäluiskaiset meluvallit 20. Tarkistettu versio HCM:sta 22. Työnaikaiset kaiteet v Kiertoliittymien mitoitus v Kasvillisuuden ja linnuston seuranta tiehankkeissa 29. Tienpito arvoympäristöissä 30. Läpinäkyvien meluesteiden käyttö 31. Liikennejärjestelmäsuunnittelu: kokemuksia, yht. maankäytön suunn. 32. Kevyttä liikennettä koskevat säädösmuutokset Ohituskaistojen turvallisuus v KLOTS paikallisen liikenneturvallisuustyön tietotuki 36. Taajamateiden suunnittelun kehittäminen 37. Tiedote tiensuunnitteluasioista 39. Ekologinen ymp.luokitus: Menetelmän käytön arviointi v Tien häikäisysuojat 41. Tiehankkeen vuoropuhelun suunnittelu ja arviointi 42. Tien reunaympäristön pehmentäminen vanhoilla teillä 43. Loivaluiskaisten teiden kuivatus 44. Esimerkki ketomaisen kasvuston perustamisesta tienvarsialueella 45. Asiakastyytyväisyysselvitys suunnitteluprosessista: Vt 4 Kemi 46. Ohitusnäkemät tiensuunnittelussa v Perusverkon eritasoliittymien turvallisuus 48. Liikennemerkkien ja opastustaulujen törmäysturvallisuus ja kuormat 51. Raskaat ajoneuvot kiertoliittymissä 52. Joukkoliikenteen toimintaedellytysten parantaminen v Pääteiden turvallisuus 54. Taajamien seurantaselvitys 55. Silmukkakäännös ohituskaistan kohdalla 56. Taajamakeskustatien poikkileikkaus ja raskas liikenne v Kaksiajorataisten teiden keskikaistojen kulkuaukot 58. Ohituskaistojen uudet suunnitteluperiaatteet 59A. Pakkasenkestävyysluokkaan 1 hyväksytyt päällysteen saumaus aineet 60. Meluesteen runkomateriaalin vaikutus kustannuksiin. 61A. Tiekaiteiden laatuvaatimukset ja kaidetyypin valinta 62A. Hyväksyttyjä kaidetuotteita kesällä Kaiteiden ja valaisinpylväiden parantamisen turvallisuusvaikutuksia 64A. Markkinoilla olevia meluestetuotteita kesällä Moottorikelkkailureitin ja tien risteäminen 66. Hevoset ja yleiset tiet A. Törmäysturvalliset opastustaulut vuonna Heijastimet ja merkinantolaitteet Linja-autopysäkeillä 69A. Törmäysturvalliset opastustaulut vuonna A Uusien päällysteiden laatumittauksiin hyväksytyt mittaajat 2003 Numerot 1, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 12, 13, 14, 16, 18, 19, 21, 24, 25, 26, 28, 34, 38 ja 50 on poistettu

10 10 Tietoa tiensuunnitteluun nro 71A Teiden päällysrakenteiden mitoituksessa käytettävät moduulit ja väsymissuorat Kohderyhmä: Teiden rakenteen suunnittelijat, investointien hankinta Jakelu: Tiepiirit, H, TP, kirjasto, tiekonsultit, oppilaitokset, Suomen Kuntaliitto, kaideurakoitsijat Lisäjakelu Kopioimalla, (pdf) Lisätietoja: Tuomo Kallionpää, Tiehallinto/ tie- ja geotekniikka puh , faksi