fill-r SUUNNITTELU- JA MITOITUSOHJE TIE-, KATU- JA MAARAKENTEISSA

Transkriptio

1 SUUNNITTELU- JA MITOITUSOHJE TIE-, KATU- JA MAARAKENTEISSA SMARTERTHANROCK.FI Kölkynvuorentie Viitasaari Finland

2 SUUNNITTELU- JA MITOITUSOHJE TIE-, KATU- JA MAARAKENTEISSA Sisällys Sisällys 2 1. Johdanto 3 2. ja sen valmistus 4 3. :n käyttökohteet 4 4. :n ominaisuudet 5 5. rakenteiden suunnittelu ja mitoitus Kuivatus Mitoitus Rakentamisen työselitys Ohjeen soveltaminen Fill-R : n varastointi, käsittely ja kuljetus Kuivatus ja alusrakenteet Päällysrakenne Suodatinkerros Fill-R : n levittäminen ja tiivistäminen Fill-R : n laatuvaatimukset Fill-R :n tilaaminen ja toimitukset Kirjallisuus 16 Liite

3 1. Johdanto Tässä ohjeessa esitetään tekniset suunnittelu- ja mitoitusohjeet karkearakeisen Fill-R :n käytölle katu- ja tierakenteissa täyttö- ja suodatinkerroksen materiaalina perustuen laboratorio tutkimuksiin ja koerakentamisesta saatuihin kokemuksiin. Tuotetta voidaan käyttää muissa infrarakentamisessa kohteissa joissa materiaalilta edellytetään hyvää lämmöneristyskykyä, routimattomuutta, keveyttä ja mekaanista kestävyyttä. Tällaisia kohteita ovat mm. piha- ja paikoitusalueet, putkijohtokaivannot ja erilaiset täyttökohteet. Fill-R on hienojakoisesta lentotuhkasta teollisesti rakeistettua karkearakeista materiaalia. Rakeistuksen jälkeen tuhkarakeet ovat huokoisia, keveitä ja mekaanista rasitusta kestäviä. Tuhka on myös hydraulisesti sitoutuva materiaali, jonka lujittu mista voidaan vielä lisätä ja nopeuttaa tarvittaessa sideaineiden avulla. Rakeistuksen avulla rakeiden kokoa ja raekokojakaumaa voidaan muuttaa käyttökohteen vaatimusten mukaisesti. Rakeita voidaan myös varastoida käyttökohteissa karkearakeisten maamateriaalien tapaan. Hyvien kiviainesvarojen vähentyminen, kuljetusmatkojen piteneminen ja pohjaveden suojelutarve ovat lisänneet soraa ja hiekkaa korvaavien materiaalien käyttöönottotarvetta. Samanaikaisesti useilla teollisuuden aloilla muodostuu suuria määriä ominaisuuksiltaan luonnonkiviaineksia vastaavia mineraalisia sivutuotteita, joita voidaan käyttää korvaavina materiaaleina maarakentamisessa. Suomessa syntyy esimerkiksi energian tuotannossa tuhkaa yhteensä noin 1,5 miljoona tonnia/vuosi, jonka määrä jonkin verran vaihtelee vuosittain energiatarpeen ja saatavuuden mukaan. Hienojakoisen tuhkan hyötykäyttöä voidaan lisätä rakeistamalla tuhka raekokojakautumaltaan karkearakeiseksi materiaaliksi. FA Forest Oy rakeistaa Viitasaaren tuotantolaitoksessa energiantuotannossa syntyvää tuhkaa maarakennuskäyttöön. Vuosittainen tuotantomäärä on tällä hetkellä (2012) noin tn. 3

4 2. Fill-R valmistus Fill-R valmistetaan FA Forest Oy:n Viitasaaren tuotantolaitoksella, sen pääraaka-aine on kuiva lentotuhka. Tuotantoprosessissa pölymäinen tuhka saatetaan raemaiseen muotoon pyörivässä liikkeessä. Rakeistamisessa hyödynnetään tuhkan omia lujittumisominaisuuksia. Tuhkan rakeistuksessa ei käytetä puristavaa voimaa, joten rakeet säilyttävät alhaisen ominaispainonsa ja toimivat hyvin eristeinä. Fill-R seulotaan tarvittaessa haluttuun raekokoon. Raaka-ainetuhkan teknistä ja kemiallista laatua sekä tuotteiden teknisiä ominaisuuksia seurataan jatkuvasti, jotta pystytään valmistamaan tasalaatuista tuotetta. Viitasaaren tuotantolaitoksella voidaan valmistaa noin tn maanrakennukseen käyttökelpoista :iä vuosittain. Tämä vastaa noin tiivistettyä rakennekuutiota. FA Forest Oy:llä on toimintaansa ympäristölupa ja yritys on teettänyt tuotannon kasvattamisen vaatiman ympäristövaikutusten arviointi selvityksen (YVA), joka valmistui vuonna Fill-R :n käyttökohteet Fill-R :iä on teknisesti mahdollista käyttää useissa infrarakentamisen kohteissa. Hyvän lämmöneristekyvyn johdosta toimii tehokkaana routaeristeenä. Tie- ja maara kentamisessa :iä voidaan käyttää routaeristeenä suodatinkerroksessa (kuva 2). Kevyenä ja hyvänä routaeristeenä soveltuu myös kunnallistekniikan putkijohtokaivantojen materiaaleiksi eri rakennekerroksiin (kuva 1). Arina- tasauskerrokselta edellytetään riittävää kantavuutta ja vähäistä kokoonpuristuvuutta. Alku- ja lopputäyttömateriaalien edellytetään routimattomuutta, jäätymissulamiskestävyyttä ja riittävää vedenläpäisevyyttä. Materiaalin tulee olla myös helposti kaivettavaa. Fill-R soveltuu hyvin myös kaukolämpöputkikaivantojen täyttö materiaaleiksi. Muita tuhkarakentamiseen soveltuvia maarakennuskohteita ovat mm. kevyenliikenteen väylät, urheilupaikkarakenteet sekä piharakenteet ja paikoitusalueet. Lentotuhkien teknistä käyttöä voi rajoittaa jossakin määrin sen aiheuttama korroosioriski, jonka voimakkuus vaihtelee eri materiaaleilla. Korroosio on merkityksetöntä haponkestävien terästen, betonin ja useimpien muovien yhteydessä. Sen sijaan valurauta, ruostumaton teräs ja alumiini syöpyvät ollessaan kontaktissa tuhkaan. Kantava kerros / Jakava kerros Lopputäyttö Suodatinkerros Alkutäyttö Tasauskerros Pohjamaa Routiva siltti Suodatinkangas Arina Kuva 1. Fill-R :n käyttökohteita tie- ja katurakenteissa sekä putkijohtokaivannoissa. 4

5 4. Fill-R :n ominaisuudet 4.1 Ympäristöominaisuudet Tuhkan rakeistusprosessilla pystytään merkittävästi vähentämään tuhkan pölyämistä ja tuhkan sisältämien raskasmetallien liukenemista. Fill-R :iä voidaan käyttää katu- ja piharakenteissa ilman ympäristölupaa nk. MARA-asetuksen mukaisesti alhaisten liukoisuuksien vuoksi. FA Forest Oy:n valmistama soveltuu päällystettyihin kohteisiin. Fill-R alittaa Valtioneuvoston asetuksessa /5/ eräiden jätteiden hyötykäytöstä maarakentamisessa (VNa 591/2006 ns. MARA-asetus) asetetut päällystetyn rakenteen haitta-aineiden kokonaispitoisuus- ja liukoisuusraja-arvot selvästi, joten raetta voidaan käyttää ilman ympäristölupaa rakentamisessa. Ilmoitusmenettelyyn sopivia kohteita :lle ovat: yleiset tiet, kadut, pyörätiet ja jalkakäytävät sekä niihin välittömästi liittyvät, tienpitoa tai liikennettä varten tarpeelliset alueet, pois lukien meluesteet pysäköintialueet urheilukentät sekä virkistys- ja urheilualueiden reitit ratapihat sekä teollisuus-, jätteenkäsittely- ja lentoliikenteen alueiden varastointikentät ja tiet Ilmoitusmenettelyllä voidaan rakentaa maankäyttö- ja rakennuslaissa (132/1999) tarkoitetun katusuunnitelman, yleisen alueen toteuttamissuunnitelman, luvan tai ilmoituksen taikka yleisistä teistä annetussa laissa (243/1954) tai maantielaissa (503/2005) tarkoitetun tiesuunnitelman mukaisesti, ei kuitenkaan tärkeillä pohjavesialueilla. Rakentamisen on oltava ammattimaista. Jos rakentaminen ei ole ammattimaista ja käyttö kohteessa alittaa 200 tn rajan, asiasta on sovittava kunnan kanssa. Useilla kunnilla on oma ilmoitusmenetelmänsä pienten ilmoitusmenettelyn vaativien erien rakennuskäyttöön. Jos rakentaminen on mittakaavaltaan ammattimaista, mutta asetuksen ilmoitusmenettelylle asettamat muut ehdot eivät täyty, rakentamiseen tulee hakea ympäristölupaa. Käytettävän tuotemäärän perusteella lupa haetaan joko kunnalta tai aluehallintovirastolta. 4.2 Tekniset ominaisuudet Rakeisuus Fill-R valmistetaan tuotannossa rakeisuusalueille 0 40 mm ja geoteknisen maalajiluokituksen mukaisesti se vastaa maalajiltaan soraa (Sr) ja materiaali on routimatonta. Raemuodoltaan tuhkarakeet ovat pyöristyneitä ja väriltään tumman ruskeita. Fill-R :n tyypillinen rakeisuuskäyrä on kuvassa 2 esitetyn mukainen. Hienoaineksen määrä (< 0,06 mm) on < 3 % ja keskimääräinen raekoko d 50 on 8 12 mm. 5

6 Kuva 2. Fill-R :n raekokojakauma 0 40 mm Tilavuuspaino ja vesipitoisuus Fill-R :n toimitusvesipitoisuus on 40 % (kuivasta massasta laskettuna). Irtotilavuuspaino kuormaauton lavalla työmaalle kuljetettaessa on noin 11 kn/m 3 itd. Rakenteeseen tiivistettynä tilavuuspaino on noin 14 kn/m 3 rtd Lämmönjohtavuus ja routivuus Fill-R on huokoinen materiaali, jonka vuoksi sen lämmönjohtavuus on luonnon maamateriaaleja pienempi. Fill-R :n lämmönjohtavuus riippuu vesipitoisuudesta siten, että normaalikäyttötilassa se on sulana 0,5 W/Km ja jäätyneenä 0,6 W/Km. Kuivissa olosuhteissa lämmönjohtavuus on pienempi ja märissä olosuhteissa vastaavasti suurempi (taulukko 2). Korkea vesipitoisuus on huomioitu routamitoituksissa. Murske 500 mm 600 mm K1 K2 K3 Murske 250 mm 900 mm K4 K5 K6 Lämpötila-anturi 11kpl Pt100 k/k 200mm Kosteusanturi Pohjamaa siltti Pohjamaa siltti Siirtymäanturi Kuva 3. Mittausantureiden sijainti koerakenteissa (koerakenne 1, kerroksen paksuus = 600mm, Koerakenne 2, kerroksen paksuus on 900mm). 6

7 Kuva 4. Roudan syvyys kuvan 3 koerakenteissa talvella Pakkassumma kohteella mittausaikana oli 24975oCh. Taulukko 2. Fill-R :n lämmönjohtavuudet sulassa ja jäätyneessä tilassa. Näyte w *) Kuivatilavuuspaino Lämmönjohtavuus [%] V d [kn/m 3 ] - [W/Km] sula (+ 15 C) - [W/Km] jäätynyt (-15 C) Kuivat olosuhteet ,4 0,5 Normaali olosuhteet ,5 0,6 Kosteat olosuhteet ,6 0,7 *) w on veden massa %:ja kuivan näytteen massasta Luonnonmateriaaleista suodatinkerroksena käytettävän hiekan lämmönjohtavuus on suuruusluokaltaan sulana noin 1,4 W/Km ja jäätyneenä noin 2,0 W/Km. Lämmönjohtavuuteen vaikuttaa etenkin vesipitoisuus ja tilavuuspaino. Laboratoriomittauksin saatujen lämmönjohtavuusarvojen todenmukaisuus on varmennettu mittaamalla roudan syvyys myös koerakenteissa (kuva 3.) Vedenläpäisevyys ja kapillaarinen nousukorkeus Fill-R :n kapillaarinen nousukorkeus on noin 35 cm. Tuotetta ei ole suositeltavaa sijoittaa kohteisiin, jossa se joutuu pitkäaikaisesti pohjavedenpinnan alapuolelle. Tällöin materiaalin vesipitoisuus voi kasvaa 0,5 m paksuudelta lukuarvoon noin 50 %. Korkea vesipitoisuus pienentää yleensä hieman rakeiden lujuutta, joten rakenteen kuivatus on perusteltua myös pitkäaikaisen kuormituskestävyyden kannalta etenkin raskaan kuormituksen alaisissa kohteissa. Fill-R :n vedenläpäisevyys on noin 2,5 x 10-4 m/s ja vastaa karkean hiekan tai soran vedenläpäisevyyttä. 4.3 Tiivistettävyys ja kantavuus Fill-R tiivistetään rakenteeseen toimituskosteudessa, joka on yleensä noin 40 %. Vesipitoisuuden vaihteluväli on käytännössä rakennuskohteessa noin ± 3 % -yksikköä. Rakenteeseen tiivistetyn fill- R :n tilavuuspaino vaihtelee tiivistämisen määrästä riippuen kn/m 3. 7

8 Fill-R :n tiivistettävyyttä määritettäessä ei suositella tehtäväksi Proctor koetta, koska tiivistämistapa voi aiheuttaa rakeiden hienontumista. Tiivistymistä kuvaa paremmin rakenteesta mitattu kantavuus joko ennen tai jälkeen tiivistämisen. Fill-R :n tiivistymiskerroin on noin 0,8. Tiivistymiskertoimella tarkoitetaan todellisen rakennetilavuuden (m 3 rtd) ja irtotilavuuden (m 3 itd) välistä vuorosuhdetta. Kuorma-auton lavalla työmaalle kuljetettaessa painaa keskimäärin 11 kn/m 3 itd 42% kosteudessa. Fill-R :n kantavuusominaisuudet vastaavat hyvin suodatinkerrokselta vaadittavia kantavuuksia. Fill-R voidaan tiivistää tavanomaisilla työmenetelmillä ja työmäärillä. Kantavuuden (E 2 moduuli) mitoitusarvona voidaan käyttää MPa:a tiivistettynä esim. 7 tn kaksivalssijyrällä. Ylistyskertojen määräksi suositellaan 6..8 ylityskertaa. Mikäli pohjamaan kantavuus on heikko eikä tiivistämistä voida suorittaa riittävästi tulee kerroksen mitoituskantavuus arvioida tai määrittää erikseen. 5. Fill-R rakenteiden suunnittelu ja mitoitus 5.1 Päällysrakenteiden mitoitus Tiet on jaoteltu liikennemäärien mukaisesti päällysrakenneluokkiin ja kadut vastaavasti katuluokkiin, joiden perusteella määräytyvät rakennekerrosten ominaisuudet ja paksuudet. Mitoitettaessa valitaan päällystetyypin ja kuormituskertaluvun avulla tieosalle päällysrakenneluokka ja kadulle liikennemäärien mukainen katuluokka ja sitä vastaava tavoitekantavuus. Eri päällysrakenne- ja katuluokille on esitetty tavoitekantavuus päällysteen ja kantavan kerroksen päältä. Tavoitekantavuudet vastaavat levykuormituskokeella saavutettavia kevätkantavuuksia. Routamitoituksen avulla puolestaan estetään rakenteisiin muodostuvat haitalliset vauriot kuten pituussuuntaiset halkeamat sekä roudan sulamisen aiheuttama kantavuuden aleneminen. Tässä ohjeessa esitetään rakenteen routamitoitus ja kuormitusmitoitus, kun Fill-R on suodatinkerroksen materiaalina. Suodatinkerroksen tehtävänä on estää päällysrakenteen ja alusrakenteen materiaalien sekoittuminen keskenään sekä katkaista veden kapillaarinen nousu alusrakenteesta ylempiin rakennekerroksiin. Suodatinkerroksen avulla kasvatetaan routimattoman päällysrakennekerroksen paksuutta, mikä vähentää alusrakenteen routimisesta aiheutuvaa routanousua. Tierakenteen routakäyttäytyminen ilmenee routanousuna ja/tai sulamisvaiheen kantavuuden alenemisena. Suodatinkerroksen paksuutta muuttamalla rajoitetaan roudan tunkeutumista routivaan pohjamaahan ja siten routimisen haitallisia vaikutuksia. Routamitoitusohje on laadittu siten, että esimerkkitapauksiksi on valittu kaksi tyypillistä katurakennetta ja yksi tierakenne. Mitoituskäyrästöjen avulla voidaan mitoittaa päällysrakenne joko sallitun routanousun perusteella tai määrittämällä roudan tunkeutuminen routivaan pohjamaahan. Fill-R rakenteen suunnittelu ja mitoitus noudattaa tie- ja katurakenteiden yleisiä suunnittelu- ja mitoitusperusteita perustuen :n teknisiin ominaisuuksiin. Routamitoitus perustuu laboratoriossa mitattuihin lämpöteknisiin ominaisuuksiin ja kantavuusmitoitus rakenteista mitattuihin kantavuuksien arvoihin. 5.2 Kuivatus Fill-R rakenteen kuivatuksen suunnittelussa noudatetaan Liikenneviraston voimassa olevia kuivatuksen suunnitteluohjeita /3/. Fill-R rakenteen ollessa toimituskosteutta märempi, kasvaa sen lämmönjohtavuus kuten luonnonmateriaaleillakin ja vastaavasti kantavuus alenee. Fill-R 8

9 rakeiden vesipitoisuuden tulee pysyä normaalikäyttötilassa, jotta se voi toimia lämmöneristeenä pitkäaikaisesti. Fill-R :n ollessa pysyvästi kosketuksissa veteen, kostuu materiaali kapillaarisen nousun johdosta haitallisesti. 5.3 Tie- ja katurakenteiden mitoitus Katurakenteiden päällysrakenteet mitoitetaan kantavuus- ja routamitoituksen avulla (kuva 3). Kantavuusmitoitus suoritetaan yleensä ensin ja mikäli pohjamaa on routimatonta, saadaan kantavuusmitoituksen avulla lopulliset rakennekerrospaksuudet. Pohjamaan ollessa routiva lasketaan rakenteen routanousu ja mikäli laskettu routanousu on suurempi kuin sallittu routanousu, lisätään Fill-R kerroksen paksuutta. Kantavuus- ja routamitoituksen ohella tulee mitoituksessa ottaa huomioon rakenteiden painuma ja stabiliteetti. Tierakenteiden kuormituskestävyys ja routamitoitus suoritetaan Liikenneviraston hallinnoimissa kohteissa ohjeen TIEH v-04 mukaisesti. Mitoituskriteerit - tavoitekantavuus -sallittu routanousu Valitaan alustavat kerrospaksuudet Kantavuusmitoitus - saavutetaanko tavoitekantavuus? EI Lisätään päällysrakenteen (päällyste, kantava, jakava) paksuutta KYLLÄ EI Onko pohjamaa routiva? KYLLÄ Lisätään kerroksen paksuutta Routamitoitus - onko laskettu routanousu < sallittu routanousu? EI KYLLÄ Lopulliset kerrospaksuudet Kuva 5. Fill-R rakenteen kantavuus- ja routamitoituskaavio Kantavuusmitoitus Päällysrakenteen kantavuusmitoitus voidaan suorittaa Odemarkin mitoituskaavan (1) avulla tai kuormituskestävyyden avulla (ns. analyyttinen mitoitusmenetelmä), jossa käytetään jännitystilasta riippuvia moduuleja. Mitoituskriteereinä ovat tällöin päällysteen alapinnan venymä ja rakennekerrosten sallitut muodonmuutokset. Analyyttinen mitoitusmenetelmä edellyttää, että tunnetaan materiaalikohtaiset väsymisfunktiot. 9

10 Fill-R :n kantavuusmitoitus suoritetaan tässä ohjeessa Odemarkin menetelmällä joka edellyttää, että tunnetaan sekä pohjamaan että rakennekerrosten E-moduulit. Kantavuusmitoitus suoritetaan kantavuuskaavan (1) avulla. Kantavuuskaavan avulla voidaan laskea kerroksen päältä saavutettava kantavuus (E Y -arvo), kun tunnetaan kerrospaksuus h, kerrosmateriaalin E -moduuli ja kerroksen alla olevan kerroksen kantavuus (E A -arvo). Vastaavasti voidaan laskea kuinka paljon rakenteen kantavuus lisääntyy, kun rakenteen paksuutta lisätään. (1) missä E Y on mitoitettavan kerroksen päältä saavutettava kantavuus [MN/m 2 ] E A mitoitettavan kerroksen alta saavutettava kantavuus [MN/m 2 ] h mitoitettavan kerroksen paksuus [m] E mitoitettavassa kerroksessa käytettävän materiaalin E-moduuli [MN/m 2 ] Lisäehto 1: Sitomattoman kerroksen käyttökelpoinen E on enintään 6 x E A. Lisäehto 2: Yhteenliimaantuneet ehjät bitumilla sidotut (E 1500 MN/m 2 ) kerrokset lasketaan yhtenä kerroksena. Alusrakenteen kantavuusluokituksena käytetään Liikenneviraston suunnitteluohjeiden mukaista alusrakenteen kantavuusluokitusta. Alusrakenteen kantavuusluokka arvioidaan normaalitapauksessa pohjamaan maalajin perusteella. Kantavuusmitoituksessa :n E-moduulina voidaan käyttää 70 [MN/m 2 ] tiivistettynä 7 tn kaksivalssijyrällä 6 ylityskerralla :n toimitusvesipitoisuudessa (40 %). Kantavuus voidaan myös mitata rakenteesta joko levykuormituskokeen tai pudotuspainolaitteen mittausten avulla, jolloin mitoituksessa voidaan käyttää mitattuja E-moduulin arvoja Routamitoitus Fill-R :n lämmönjohtavuus on luonnonmateriaaleja pienempi, jolloin se toimii routa eris teenä rakenteissa. Fill-R rakenteella rajoitetaan roudan tunkeutumista routivaan pohja maahan ja estetään routanousua aiheuttavien jäälinssien muodostuminen pohjamaassa. Mitoitusnomogrammeissa esitetyt käyrästöt perustuvat roudan syvyyden ja routanousun samanaikaiseen numeeriseen laskentaan, kun tunnetaan materiaalien lämpötekniset ominaisuudet sekä pohjamaan routivuuskerroin. Laskentamenettelyä käytetään yleisesti katu- ja piharakenteiden routamitoituksessa. Routamitoitus voidaan vaihtoehtoisesti tehdä empiirisen laskentayhtälön (2) avulla (Tierakenteen suunnittelu, TIEH ) /4/. Tätä menettelyä käytetään yleisesti Liikenneviraston (ent. Tiehallinto) hallinnoimissa suunnittelukohteissa. 10

11 (2) missä RN lask on laskennallinen routanosu (mm) R 1 Rrva S routimattoman kerroksen paksuus (mm) routivan kerroksen paksuus (mm) mitoitusroudan syvyys (mm) a 1 materiaalin vastaavuus eristävyyden kannalta (-) a rva routivan kerroksen vastaavuus eristävyyden kannalta (-) t alusrakenteen routaturpoama (%) t rva routivan kerrosmateriaalin routaturpoama (%) Routamitoituksen lähtökohtana ohjeessa on routanousun laskenta katurakenteen tyyppipoikkileikkaukselle mitoittavan pakkasmäärän avulla. Mitoituspakkasmääränä käytetään yleensä tilastollisesti kerran 10:ssä (F10) vuodessa tai kerran 20:ssä (F20) vuodessa toistuvaa pakkasmäärää (liite 1). Mitoituskäyrästöt on laadittu pakkasmäärille Ch. Pohjamaan oletetaan olevan routivaa silttiä, jonka routivuuskerroin vaihtelee 2 10 mm 2 /Km ja pohjaveden syvyys on 2 m. Tie/katurakenteen routamitoitus suoritetaan tässä ohjeessa kantavuudeltaan katuluokkaa 3 ja 5 vastaaville rakenteille sallitun routanousun mukaisesti mitoitusnomogrammien avulla, joiden kantavuudet päällysteen päältä ovat 350 MN/m 2 ja 200 MN/m 2 (kuvat 5 ja 6, taulukko 4). Taulukko 4. Fill-R rakenteen routamitoituksessa käytetyt katuluokat. Katuluokka Kuvaus Liikennemäärä ajon./vrk 3 pääkatu, kokooja- tai vilkasliikenteinen kerrostaloalueen asuntokatu Kantavuus päällysteen päältä MN/m Pientaloalueen asuntokatu tai huoltoliikenteen väylät Henkilöautojen pysäköintialueet Odemarkin kantavuuskaavalla (1) laskettuna katuluokan 3 ja 5 mukaiset tavoitekantavuudet toteutuvat päällysrakennekerrospaksuuksilla 1220 mm ja 1050 mm (taulukko 5). Rakenteen tavoitekantavuus saavutetaan käytännössä päällysteen sekä kantavan ja jakavan kerrosten materiaaleilla. Fill-R kerroksen vaikutus tavoitekantavuuteen jää pienemmäksi, koska sen E 2 moduuli on huomattavasti pienempi kuin päällysteellä sekä kantavalla ja jakavalla kerroksella. Fill-R kerroksen paksuudeksi kantavuustarkastelussa on valittu 450 mm ja E 2 moduuliksi 65 MN/ m 2. 11

12 Taulukko 5. Katuluokan 3 ja 5 kantavuus kerroksittain laskettuna Odemarkin kantavuus kaavalla. Materiaali E 2 -moduuli (MN/m 2 ) Katuluokka 3 Katuluokka 5 Kerrospaksuus (m) Kantavuus kerroksen päältä (MN/ m 2 ) Kerrospaksuus (m) Kantavuus kerroksen päältä (MN/ m 2 ) Päällyste AB , , Profilointi KaM 0 32 mm Kantavak. KaM 0 64 mm Jakava KaM 0 32 mm 200 0,05 0 0, , , , ,25 84 Fill-R x) 0,15 0,15 0, ,15 0,15 0, Pohjamaa siltti Huom. Ohdemarkin kantavuuskaavan lisäehto 1: Sitomattoman kerroksen E on enintään 6 x E A. Katurakenteen routamitoitus suoritetaan laskemalla Fill-R kerroksen paksuus jolla päällysrakenteen routanousu on mitoitusroutanousun suuruinen tai sitä pienempi. Maapohjan oletetaan olevan lievästi (SP = 2 mm 2 / Ch), keskinkertaisesti (SP = 5 mm 2 / Ch), ja voimakkaasti routivaa (SP = 10 mm 2 / Ch) silttiä. Taulukossa 6 on esitetty routamitoituksessa käytetyt materiaaliominaisuudet. Taulukko 6. Fill-R rakenteen routamitoituskäyrästöjen laskennassa käytetyt päällys- ja alusrakenteen materiaaliparametrit. Materiaali Vesipitoisuus Kuivatilavuuspaino Lämmönjohtavuus Lämmönjohtavuus Routivuuskerroin w [%] V d [kn/m 1 ] - sula [W/Km] - jäätynyt [W/Km] SP [mm 2 /Kh] Asfalttibetoni AB Kalliomurske KaM 0 55 mm Kalliomurske KaM 0 32 mm Fill-R Pohjamaa -siltti 30 15, Fill-R kerroksen paksuus määritetään kuvan 4 käyrästöjen avulla valitsemalla sallittu routanousu, pohjamaan routivuuskerroin ja mitoittava pakkasmäärä. Fill-R kerroksen väliarvot voidaan interpoloida käyrästön arvoista. 12

13 400 mm 500 mm 400 mm 500 mm 600 mm 400 mm 500 mm 600 mm Kuva 6. Katurakenteen (katurakenne 3 ja 5) routamitoitus sallitun routanousun mukaan. Pohjamaa routivaa silttiä jonka routivuuskerroin SP 2 10 mm 2 / Ch. On huomattava, että mitoituskäyrästöt pitävät paikkansa vain taulukon 5 mukaisilla lähtöarvoilla. Mikäli routamitoituksessa poiketaan lähtöolettamuksista, muutosten vaikutukset on arvioitava tapauskohtaisesti. Fill-R :iä voidaan käyttää myös korvaamaan osittain jakavan kerroksen materiaalia. Määrääväksi mitoitusperusteeksi muodostuu tällöin yleensä rakenteen kantavuus. Kantavuusmitoitus tulee suorittaa tapauskohtaisesti ottaen huomioon rakenteen tavoitekantavuus ja dynaamisen kuormituksen vaikutus jakavaan kerrokseen ja siitä aiheutuva päällysrakenteen deformoitumisriski. Tien pinnan mahdollinen kuuraliukkausriski tulee myös huomioida mikäli kiviaineskerrokset kerroksen päälle jäävät pieniksi. 13

14 5.3.3 Mitoitus Mitoitusesimerkki Mitoitetaan katuluokan 3 mukainen katu. Päällysteen päältä saavutettavan tavoitekantavuuden tulee olla vähintään 350 MN/m 2 ja sallittu routanousu saa olla enintään 30 mm. Mitoituspakkasmääränä käytetään pakkasmäärää F = Kh. Pohjamaa on voimakkaasti routivaa silttiä, jonka routivuuskerroin on SP = 10,0 mm 2 /Kh. Kantavuusmitoitus Tavoitekantavuus katuluokan 3 mukaiselle katurakenteelle päällysteen päältä on 350 MN/m 2, joka saavutetaan taulukon 5 mukaisesti päällysrakenteen paksuudella 1,22 m, jossa Fill-R kerroksen paksuus 450 mm. Routamitoitus Fill-R kerroksen paksuus määritetään kuvasta 4. Sallittu routanousu on 40 mm, jolloin kerroksen paksuudeksi saadaan 550 mm. Rakennekerroksen kokonaispaksuus on tällöin 1,32 m. Tässä esimerkissä routamitoitus on määräävä mitoitusperuste. Routamitoitus voidaan tehdä myös Liikenneviraston laskentatavalla yhtälön 2 avulla. Mitoitetaan kerroksen paksuus katuluokan 3 mukaiselle rakenteelle, kun mitoitusroudansyvyys on 1,9 m, routaturpoama 12 %, :n vastaavuuskerroin 2, rakennekerrosmateriaalien vastaavuuskertoimet Liikenneviraston ohjeen mukaiset. Kun kerroksen paksuus on 550 mm ja rakennekerrosten kokonaispaksuus 1.32 m, saadaan yhtälön (2) avulla laskennalliseksi routanousuksi 11 mm. Kokoonpuristuvilla maapohjilla tulee lisäksi laskea rakenteen painuma tavanomaisilla geoteknisillä laskentamenetelmillä. 6. Rakentamisen työselitys 6.1 Ohjeen soveltaminen Tätä työselitystä sovelletaan käytettäessä :iä tie- ja katurakenteiden suodatin kerroksessa. Ohje soveltuu myös piha- ja putkijohtojen routasuojausrakenteisiin. Rakentamisessa noudatetaan voimassa olevan InfraRYL ohjeen mukaisia laatuvaatimuksia ja työselityksiä /1 /. 6.2 Fill-R :n varastointi, käsittely ja kuljetus Fill-R voidaan varastoida suojaamatta kuten rakeisuudeltaan vastaavat luonnonmateriaalit. Talvella on huolehdittava, että ei pääse jäätymään eikä materiaaliin kerry lunta. Kesällä ja kuivalla säällä pitkäaikaisesti varastoituna varastokasa tulee tarvittaessa kastella pölyämisen estämiseksi toimituksen yhteydessä. Varastointi on tehtävä siten, että ei pääse lajittumaan, vaan materiaali saadaan käyttökohteeseen mahdollisimman tasalaatuisena. Lajittumisen estämiseksi varastointi tehdään kerroksittain. Varastoinnissa on huolehdittava, että sadevesi ei pääse kertymään materiaaliin. Väliaikainen varastointi ei vaadi erityisiä toimia tai seurantaa. 14

15 6.3 Kuivatus ja alusrakenteet Kuivatuksessa noudatetaan voimassa olevan InfraRYL ohjeen mukaisia laatuvaatimuksia ja työselityksiä. /1/. Rakentamisvaiheessa on varmistettava, että tien alusrakenteisiin ei jää vettä kerääviä painanteita eikä esteitä, jotka saattavat estää veden poistumisen rakennekerroksista ja heikentää rakenteen toimintaa. Fill-R rakennetta ei saa tehdä jäätyneen maan päälle, kuten ei luonnonmateriaalistakaan tehtyä rakennetta. Jäätyneen maan päälle rakennettaessa seurauksena voi olla epätasaista painumista ja kantavuuden heikkenemistä pohjamaan sulaessa. Alusrakenteet, kuten leikkaus- ja pengertyöt sekä alustan muotoilu tehdään noudattaen yleisiä laatuvaatimuksia ja työselityksiä. 6.4 Päällysrakenne Suodatinkerros Suodatinkerros rakennetaan voimassa olevan InfraRYL ohjeen mukaisesti /1/. Heikosti kantaville pohjamaille kuten savi- ja silttipehmeiköille rakennettaessa suositellaan käytettäväksi suodatinkerroksen ja pohjamaan välissä suodatinkangasta pohjamaan ja rakennekerrosten sekoittumisen estämiseksi Fill-R :n levittäminen ja tiivistäminen Fill-R kerros rakennetaan tasatulle alustalle päätypenkereenä tai puoli tietä kerrallaan rakennettaessa sivulta kumoten. Suodatinkerros tehdään joko yhtenä tai useampana kerroksena paksuudesta ja tiivistyskalustosta riippuen. Kerros voidaan tiivistää erillisenä tai vasta jakavan kerroksen rakentamisen yhteydessä. Levitystyö voidaan suorittaa pyöräkuormaajalla tai pyörä-/ telapuskukoneella. Fill-R levitetään enintään 0,6 m paksuna kerroksena. Tiivistäminen suoritetaan levityksen ja tasauksen jälkeen tavanomaisella maarakennuskalustolla. Tiivistämiskertojen lukumäärä täryjyrällä (7 tn) tiivistettäessä on 6 8 jyräyskertaa. Tiivistämistyötä ei suositella tehtäväksi talvella. Yhden rakenneteoreettisen (m 3 rtr) kuutiometrin tekemiseen tarvitaan noin 1,3 m 3 itd :iä Fill-R :n laatuvaatimukset Työkohteessa Fill-R :iä vastaanotettaessa on varmistettava, että materiaali on laatuvaatimukset täyttävää. Kerroksen rakentamisen yhteydessä varmistetaan, että tässä työselityksessä tarkoitettu laatu saavutetaan. 7. Fill-R :n tilaaminen ja toimitukset Fill-R :iä voi tilata FA Forest Oy:ltä Viitasaarelta. Fill-R :n saatavuus on hyvä tarkistaa etukäteen etenkin suuremmissa rakennuskohteissa. Pienempiin kohteisiin, kuten kaukolämpöputkien eristykseen tuotetta on saatavilla jatkuvasti. Lisätietoa saatavuudesta ja laadusta: Hannu Tukiainen. p , hannu.tukiainen@fill-r.fi 15

16 8. Kirjallisuus /1/ InfraRyl 2006, Infrarakentamisen yleiset laatuvaatimukset, Osa 1 Väylät ja alueet. Rakennustietosäätiö RTS. Rakennustieto Oy. 622 s. Hämeenlinna 2006 /2/ Katu Katusuunnittelun ja rakentamisen ohjeet. Suomen kuntatekninen yhdistys. Jyväskylä 2003 /3/ Kuivatus. Tielaitos, kehittämiskeskus, TVL:n ohjeet, Helsinki. Kansio B Teiden suunnttelu, osa IV. Tien rakenne 4. Tiehallinto Sivutuotteiden käyttö tierakenteissa. Tiehallinto. Helsinki. 67 s. /4/ Tierakenteen suunnittelu. Suunnitteluvaiheen ohjaus. TIEH Tiehallinto. 69 s. Helsinki 2002 /5/ Valtioneuvoston asetus eräiden jätteiden hyödyntämisestä maarakentamisessa 591/ /6/ Ympäristöhallinto Jätteiden hyödyntäminen maarakentamisessa. Ohjeita verkossa: /7/ Ratahallintokeskus Ratatekniset ohjeet osa 3, radan rakenne. Helsinki 16

17 Liite 1. Routamitoituksessa käytettävät pakkasmäärät F 2 F 100 /7/. F 2 F 5 F 10 F 20 F 50 F