XPS-LEVYN SOVELTUVUUS PEHMEIKÖLLE PERUSTETUN KADUN PÄÄLLYSRAKENTEESSA

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "XPS-LEVYN SOVELTUVUUS PEHMEIKÖLLE PERUSTETUN KADUN PÄÄLLYSRAKENTEESSA"

Markku Oksanen
6 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 XPS-LEVYN SOVELTUVUUS PEHMEIKÖLLE PERUSTETUN KADUN PÄÄLLYSRAKENTEESSA 1

2 DIPLOMITYÖ 2

3 ESITYKSEN RUNKO Työn tausta ja tavoitteet Päällysrakenteen mitoituksen periaatteet Mitä tehtiin Tulokset Johtopäätökset 3

4 TAUSTA Vantaan Viertolassa 4 kadun kunnostus Syvä ja pehmeä savikko pohjamaaluokka G Liikennemäärät vähäisiä, raskas liikenne satunnaista katuluokka 4 ja 5 InfraRYLin mukainen päällysrakenteen paksuus 1,24 m (katuluokka 4, pohjamaaluokka G) Rakennettu ympäristö tasauksen muutokset vähäisiä Vanha päällysrakenne 0,5-0,8 m+ ~ 0,3-0,5 m kusa 5-10 m pehmeää savea, w = % InfraRYLin mukaisen rakenteen toteutus rakenteen alapinta pehmeään saveen painumat jatkuvat Putket kadun alle maanvaraisesti. 4

5 TYÖN TAVOITTEET Tutkia, voidaanko päällysrakenne toteuttaa ohuempana / kevyempänä ja mihin tämä johtaa päällysrakenteen mitoituksessa Kevennetty ja routasuojattu rakenne, joka täyttää kadulle asetetut vaatimukset 5

6 LINJAUKSET Kokonaispaksuus selvästi InfraRYLin mukaista rakennetta pienemmäksi Alusrakenne hyvin epähomogeeninen routanousuerot rakenne routimattomaksi Eristeen aiheuttama liukkausvaara peitesyvyys 0,5 m Eristeen alapuolelle kuivatuskerros Kokonaispaksuuden minimointi ohut kuivatuskerros eristemateriaali toisinaan veden kanssa kosketuksissa XPS F400, E = 24 MPa 6

7 VERTAILTAVAT RAKENTEET 7

8 PÄÄLLYSRAKENTEEN MITOITUS Odemarkin mitoitusyhtälö Ladotaan kerroksia pohjamaan päälle kunnes tavoitekantavuus saavutetaan. Tavoitekantavuudet ja moduulit peräisin suuresta määrästä levykuormituskokeita tieverkolta InfraRYLin katujen päällysrakennetaulukot perustuvat Odemarkin mitoitusyhtälöön. Sitomattomat E 6 x EA 8

9 PÄÄLLYSRAKENTEEN MITOITUS APAS Analyyttinen päällysrakenteen suunnittelujärjestelmä Perustuu kimmoteoriaan ja kestoikäfunktioihin Voidaan korostaa eri asfalttien ominaisuuksia Laskennallis-kokeellinen liikennekuormituksesta aiheutuvat muodonmuutokset Asfaltin alapinnan vaakasuuntainen venymä Sitomattomien kerrosten- ja pohjamaan pystymuodonmuutos KuormitusKertaLuku-KKL KKL = standardiakselien ylityskertojen lkm. Standardiakseli = 10 tonnin paripyöräakseli Muut ajoneuvot skaalataan kertoimilla standardiakseleiksi (ha = 0) Kestoikä vauriomalleilla 9

10 Moduuli Moduuli PÄÄLLYSRAKENTEEN MITOITUS HAASTEET Liikennekuormituksen mallintaminen Dynaaminen Akselipainot Rengaspaine / rengastyyppi / akselisto Asfaltin viskoelastisuus Lämpötila Kuormitusaika (nopeus) ikä Pohjamaa Vaihtelevuus Kuormitusnopeus Lämpötila 10

11 PÄÄLLYSRAKENTEEN MITOITUS 11

12 PÄÄLLYSRAKENTEEN MITOITUS 12

ajoneuvot Asfaltin väsyminen - Liikennekuormitus Sitomattomien deformoituminen - Hienoainespitoisuus,

13 XSP KATURAKENTEEN VAURIOITUMINEN Asfaltin kuluminen - Nastarenkaat KUNNALLISTEKNIIKKA ROUTANOUSUT SULAMISPEHMENEMINEN Asfaltin plastinen deformaatio - lämpötila - Hidas nopeus pitkä kuormitusaika - Raskaat ajoneuvot Asfaltin väsyminen - Liikennekuormitus Sitomattomien deformoituminen - Hienoainespitoisuus, kosteuspitoisuus - Mineralogia, jännitystila, tiiviystila Alusrakenteen deformoituminen -Maaperä - Päällysrakenne - paksuus 13

14 MITÄ TEHTIIN Päällysrakenteen mitoitus Odemark APAS PLAXIS 2D axisymmetric + APAS kestoikäfunktiot Painumalaskenta Vesipitoisuusmenetelmä-kokonaispainumat Routamitoitus Roudan tunkeutumissyvyys, VTT Talonrakennuk 2007 Routanousu, Tiehallinto 14

15 MITÄ TEHTIIN Lisäksi Plaxiksella mallinnettiin XPS-rakenteen variaatioita 15

16 PLAXIS Pyörähdyssymetrinen geometria Materiaalimallit: Linear Elastic - Hardening Soil Liikennekuorma Super-single, 50 kn, 800 kpa Linear elastic Hardening soil 16

17 PLAXIS Mallinnus koostui 16 laskuvaiheesta Kerrosten rakentaminen 100 kpa tiivistyskuorma 5 kuormituskertaa Kestoikä mitoitus 5 kuormituksesta KKL katuluokan liikennemäärästä, 5 % raskasta liikennettä Muodonmuutokset Plaxiksesta APAS kestoikäfunktio Laskennallinen kestoikä 17

mitoitusroudansyvyys, mm R i on routimattoman kerroksen paksuus, mm a i on materiaalin vastaavuus eristävyyden kannalta

18 ROUTA Roudan tunkeutumissyvyys VTT / talonrakennuksen routasuojausohjeet Routanousu Tiehallinnon menetelmä / routaturpoamakerroin RN lask = (S a 1 R 1 a 2 R a n R n ) t /100 RN lask on laskennallinen routanousu, mm S on mitoitusroudansyvyys, mm R i on routimattoman kerroksen paksuus, mm a i on materiaalin vastaavuus eristävyyden kannalta t on alusrakenteen routaturpoamakerroin, % Maalaji Turpoamakerroin t, % Kuivana Märkänä Si, SiMr, Sa/Si* KuSa - 6 Sa, Lj

19 InfraRYL Rakennekerrokset TULOKSET-ODEMARK Lähtötiedot Pohjamaaluokka G - Pohjamaan kantavuus 5 MPa Tavoitekantavuus, päällysteen päältä 250 MPa Tavoitekantavuus, sitomattoman päältä 148 MPa E mat, E lasku E P, Materiaali MPa MPa h, m MPa Asfalttibetoni AB , Kalliomurske 0 45, Kantava KaM 0/ , Kalliomurske 0 63, Jakava KaM 0/ , Kalliomurske 0 63, Jakava KaM 0/ , Kalliomurske 0 63, Jakava KaM 0/ , Kalliomurske 0 63, Jakava KaM 0/ , XPS Rakennekerrokset Materiaali Sitomattomat E 6 x EA E mat MPa E lasku MPa h, m E P, MPa E i /E (i- 1) n Asfalttibetoni AB , ,6 20 Kalliomurske 0 45, Kantava KaM 0/ , ,9 6 Kalliomurske 0 63, Jakava KaM 0/ , ,7 6 Kalliomurske 0 63, Jakava KaM 0/ , ,0 6 Suulakepuristettu polystyreeni XPS , ,4 10 Hiekka Hk , ,0 6 Tulokset Rakennekerroksien kokonaispaksuus, mm 1240 Kantavuuus sitomattoman päältä, MPa 162 OK Kantavuus asfaltin päältä MPa 268 OK Tulokset Rakennekerroksien kokonaispaksuus, mm 690 Kantavuuus sitomattoman päältä, MPa 41 Riittämätön Kantavuus asfaltin päältä MPa 72 Riittämätön

20 TULOKSET-APAS Katuluokka 4 KVL_päivä 2500 KVL_päivä / kaista 1250 Rask osuus (%) 5 Yhdistelmien osuus raskaista (%) 10 L 2.0 KKL = tn akseli / 10 min Muodonmuutokset InfraRYL XPS asfaltin alapinnan venymä, μm/m Kantavan kerroksen pystymuodonmuutos, μm/m Jakavan kerroksen pystymuodonmuutos, μm/m Kuivatuskerroksen pystymuodonmuutos, μm/m Pohjamaan pinnan pystymuodonmuutos, μm/m XPS kerroksen pinnan puristusjännitys, kpa - 15 Laskennallinen kestoikä, vuotta InfraRYL XPS Asfaltin kestoikä 14 9 Kantavan kerroksen murskeen kestoikä Jakavan kerroksen murskeen kestoikä Hiekan kestoikä - 84 Pohjamaan kestoikä 69 1

21 Syvyys asfaltin pinnasta, mm -0,20-0,15-0,10-0,05 0,00 0,05 0,10 TULOKSET-PLAXIS Pystymuodonmuutos InfraRYL-XPS ε y [%] 0 Asfaltti 200 Kantava 400 Jakava XPS 600 XPS Hiekka Kuormitus 1XPS Kuormitus 5 XPS Kuormitus 1 InfraRYL Kuormitus 5 InfraRYL Jakava InfraRYL

22 TULOKSET-PLAXIS Kerros Asfaltti Kantava murske Jakava murske Kuivatus hiekka Pohjamaa Rakenne ε x, µs Kestoikä ε y, µs Kestoikä ε y, µs Kestoikä ε y, µs Kestoikä ε y, µs Kestoikä InfraRYL > XPS > > XSP_ > > XPS_KuSa* > > /700 52/ 6 XPS_Kallio > XPS_kesä 165 > > > pystyjännitys yläpinnassa kokonaismuodonmuutos Pinnan muodonmuutos Kokonais muodonmuutos Rakenne σ y, Kpa u y, mm ε y, µs ε y, % XPS 42 0, ,055 XSP_ , ,066 XPS_KuSa 48 0, ,055 XPS_Kallio 90 0, ,14 XPS_kesä 66 0, ,076

23 TULOKSET-ROUTA Lähtötiedot Vuoden keskilämpötila, Tm 4 C Pakkaskauden keskiläpötilatc -7,8 C Mitoitusroudansyvyys Mitoituspakkasmäärä 1,9 m h C Tiehallinto - routaturpoama Turpoamakerroin, % Laskennallinen Routanousu, mm InfraRYL XPS 50 mm XPS 100mm (Sa, Lj, KuSa) (Kuiva Si, SiMr, Sa/Si) (Märkä Si, SiMr, Sa/Si) VTT- Talonrakennuksen routasuojausohjeet -roudan syvyys Rakenne InfraRYL XPS λf [W/mK] q, Wh/m2 d [m] Pakkasmäärä h C Pakkasmäärä h C Parametrit d [m] Päällyste 2, , ,09 10 Kantavan kerroksen murske 2, , , Jakavan kerroksen murske 2, , , XPS 0, ,1 123 Kuivatuskerros hiekka 1, , Pohjamaan jäätymiseen käytettävissä oleva pakkasmäärä, Kh Jäätyvän pohjamaan paksuus, m 0,43 0,11 Roudan kokonaistunkeutumissyvyys, m 1,67 0,80

24 JOHTOPÄÄTÖKSET Katuluokassa 4 pienet liikennemäärät (raskas liikenne) Asfaltin väsyminen ei ole mitoittava XPS-levyn pinnan jännitykset kimmoisalla alueella Ei pysyviä muodonmuutoksia Pehmeä pohjamaa ja ohut päällysrakenne Pohjamaan pystymuodonmuutokset mitoittava tekijä. Yllätys? Pohjamaan kestoikäfunktiosta ei tietoa tarpeeksi. Sama kestoikäfunktio hiekalle ja savelle. XPS-rakenteessa liikennekuormitus aiheutti 12,5 kpa 25 kpa eli 100% lisäyksen pohjamaan pinnan pystyjännitystilaan. Kuivakuorisaven plastiset muodonmuutokset? Kuivakuorisaven poiskaivaminen ja korvaaminen murskeella ei ole järkevää.

25 JOHTOPÄÄTÖKSET XPS-RAKENTEEN EDUT HAITAT Routasuojattu päällysrakenne XPS-levyn yläpuolisten kerrosten tiivistettävyys? Ei alusrakenteen routanousueroja Päällysrakenteen kestävyys? Kevyempi pienemmät painumat Musta jää? Vähemmän kaivumassoja Kunnossapito Vähemmän kuljetusta / läjitettävää

26 LOPUKSI

Samankaltaiset tiedostot

1 Kevennyksen suunnittelun ja mitoituksen periaatteet

LIITE 1 1 Kevennyksen suunnittelun ja mitoituksen periaatteet 1.1 Suunnittelussa ja mitoituksessa huomioitavaa Kevennyksen suunnittelu edellyttää kohteen kokonaisuuden arviointia. Ennen mitoitusta kartoitetaan