Pt 18564 Rantsila. Kohderaportti TPPT 37 TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEET TUTKIMUSOHJELMA 1994-2001

TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEET TUTKIMUSOHJELMA 1994-21 Kohderaportti TPPT 37 Espoo, 4.12.21 Pt 18564 Rantsila Mika Ahonen Teuvo Holappa Eero Huttunen Harri Kivikoski VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde TUTKIMUSHYPOTEESI JA KOERAKENTEEN KUVAUS SISÄLLYSLUETTELO 1 TUTKIMUSHYPOTEESI JA KOERAKENTEEN KUVAUS 1 2 LÄHTÖTIEDOT, ESITUTKIMUKSET JA MATERIAALITUTKIMUKSET...2 2.1 LÄHTÖTIEDOT...2 2.2 ESITUTKIMUKSET...2 2.3 MATERIAALITUTKIMUKSET...3 2.3.1 TUTKIMUSMENETELMÄT...3 2.3.2 TULOKSET...5 3 KOERAKENTEEN SUUNNITTELU- JA MITOITUSLASKELMAT...8 3.1 SUUNNITTELUPERUSTEET...8 3.1.2 KANTAVUUSTARKASTELU...9 3.2 KÄYTETYT SUUNNITTELU- JA MITOITUSMENETELMÄT...9 3.2.1 LASKENTAMALLIT...1 3.3 LASKENTATULOKSET...1 4 KOERAKENTEEN TOTEUTTAMINEN JA RAKENTAMISEN LAADUNVARMISTUS...12 4.1 MITTAUKSET...12 4.2 LEIKKAUSTYÖT...12 4.3 PALATURPEEN LEVITYS...12 4.4 PÄÄLLYSRAKENNEKERROKSET...14 4.5 VERTAILURAKENNE...15 4.6 RAKENTAMISEN LAADUNVARMISTUS...15 5 SEURANTAMITTAUKSET...17 5.1 KOERAKENTEEN INSTRUMENTOINTI...17 5.2 PAKKASMÄÄRÄ...17 5.3 LÄMPÖTILAMITTAUKSET...17 5.4 PALATURVERAKENTEEN KOSTEUSTILA...2 5.5 PALATURVERAKENTEEN LÄMMÖNJOHTAVUUS...21 5.6 POHJAVEDEN SYVYYS...22 5.7 ROUDAN SYVYYS...23 5.8 ROUTANOUSU...24 5.9 LUMIPEITTEEN PAKSUUS...32 5.1 KANTAVUUS...33 5.11 TASAISUUS...34 5.12 VAURIOT...41 6 YHTEENVETO...44 7 KIRJALLISUUS...49

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 1 TUTKIMUSHYPOTEESI JA KOERAKENTEEN KUVAUS 1 TUTKIMUSHYPOTEESI JA KOERAKENTEEN KUVAUS Rantsilan koerakennuskohteen tavoitteena oli saavuttaa riittävä routakestävyys estämällä alusrakenteen routivan kerroksen jäätyminen, haitallinen routiminen ja sulamisvaiheen lujuuden aleneminen. Turvekerroksen paksuudella pyrittiin hallitsemaan routanousujen suuruus ja sulamisvaiheen kantavuus. Koerakenteen rakenneosat olivat pinnasta lukien Ös 4 mm, murskesoraa 55 mm, suodatinkangas, palaturve 3-6 mm ja vanha tierakenne. Vanhan tierakenteen päällysrakennepaksuus oli noin,7 -,9 m. Koeosuus oli osa parannettavaa paikallistietä. Koeosuuden vertailurakenteena toimi masuunihiekkarakenne tieosuudella plv. 96-12. Koerakennuskohteessa tutkittavia asioita olivat: - Palaturve-eristyksen järkevät käyttöalueet ja kerrospaksuudet sekä palaturpeen ominaisuuksien säilyminen ja muutokset (eristysominaisuudet, kosteusmuutokset, lujuus). - Tierakenteen kestävyys ja kantavuus turve-eristystä käytettäessä. - Rakentamistekniikan kehittäminen (levitys- ja sekoituskalusto, työkoneketjut sekä työjärjestyskysymykset, ympäristöominaisuudet). - Turve-eristyksen taloudellisuus.

2 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde LÄHTÖTIEDOT, ESITUTKIMUKSET JA MATERIAALITUTKIMUKSET 2 LÄHTÖTIEDOT, ESITUTKIMUKSET JA MATERIAALITUTKIMUKSET 2.1 Lähtötiedot Koerakennekohde sijaitsee Rantsilan kunnassa paikallistiellä nro 18564 välillä Kerälä-Rantsila (kuva 1). Kohteen tierekisteriosoite on 2/7866-8346. Rakentamissuunnitelman mukainen paalutus 72-12 kasvaa tierekisteriin verrattuna päinvastaiseen suuntaan. Kohde Kuva 1. Rantsilan koerakennekohteen sijainti. Keskimääräinen vuorokausiliikenne (KVL) kyseisellä välillä on 255 ajoneuvoa/vrk, josta raskaan liikenteen osuus on 7%. Vuoden keskilämpötila Rantsilassa on 1.5 C. Kerran kahdessa vuodessa toistuva pakkasmäärä (F 2 ) on 284 h C ja kerran kymmmenessä vuodessa toistuva pakkasmäärä (F 1 ) 423 h C /1/. 2.2 Esitutkimukset Routiminen Paaluvälillä 72-92 esiintyi suuria routanousuja (max. 22 cm) talvella 1995. Keskimäärin routanousu tien keskilinjalla oli 17 cm (kuva 2).

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 3 LÄHTÖTIEDOT, ESITUTKIMUKSET JA MATERIAALITUTKIMUKSET 25 2 Routanousu (cm) 15 1 5 vasen KL oikea 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 Paalulukema Kuva 2. Routanousu talvella 1995 paaluvälillä 72-92. 2.3 Materiaalitutkimukset 2.3.1 Tutkimusmenetelmät Materiaalitutkimukset jakaantuivat maasto- ja laboratoriotutkimuksiin, jotka suoritettiin Oulun yliopiston geotekniikan laboratorion toimesta. Tutkimukset liittyivät TPPT-projektiin M13 Koerakennekohteiden materiaalien routakestävyys. Materiaalitutkimusten menetelmäkuvaukset ja tulokset raportoitiin yksityiskohtaisemmin tielaitoksen julkaisussa Koerakennekohteiden materiaalien routakestävyys. Pohjoiset kohteet. (Tielaitoksen selvityksiä 37/1996) /2/. Maastotutkimukset Kohteessa suoritettiin maastotutkimukset ja maanäytteidenotto 12.6.1995. Valittujen tutkimuspoikkileikkausten (Pl 75 oik. ja Pl 84 vas.) rakennekerrosmateriaalien paksuudet selvitettiin kaivamalla koekaivannot tien sisäluiskaan välittömästi ajoradan reunaan. Maastotutkimusten ohessa otettiin rakennekerroksista häiriintyneet näytteet sekä pohjamaasta häiriintymättömät ja häiriintyneet näytteet laboratoriotutkimuksia varten. Alusrakenteen homogeenisuutta ja kantavuutta selvitettiin DCP-kokeilla (Dynamic Cone Penetrometer, kuva 3). Kairauksessa käytettiin 6 kärkikartioita. Kairaukset tehtiin koekaivannoista, jotka kaivettiin Pl 73...91 limittäin tien molemmille puolille 2 m:n välein.

4 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde LÄHTÖTIEDOT, ESITUTKIMUKSET JA MATERIAALITUTKIMUKSET Pudotuspaino 8 kg DET 6 o 2 mm 1 mm 575 mm φ = 16 mm -1-15 Syvyys (cm) -2-25 -3-35 -4-2 -15-1 -5 DCP-indeksi (cm/isku) Kuva 3. DCP-kaira ja kairausdiagrammi. Alusrakenteen vesiolosuhteita selvitettiin TDR-mittauksilla (Time Domain Reflectrometer), jonka tuloksena saadaan materiaaleille ominaiset suhteelliset dielektrisyysvakiot. Mittaukset tehtiin samoilta paaluilta kuin DCPkokeet. Maaperän vesipitoisuuden ja dielektrisyyden välillä on voimakas riippuvuus, joten vesipitoisuus voidaan määrittää mitatusta dielektrisyysvakiosta. Koska veden dielektrisyysvakio (81) on 16-kertainen useimpien maalajien dielektrisyysvakioihin verrattuna, määräytyy maaperän dielektrisyysvakio pääasiassa maan vesipitoisuuden perusteella. Laboratoriotutkimukset Laboratorioturkimusten tavoitteena oli selvittää pohjamaan routaantumis- ja routivuuskäyttäytymistä sekä niiden riippuvuutta olosuhdetekijöistä. Routivuutta arvioitiin ensisijaisesti vakiolämpötilakokeina tehtyjen routanousukokeiden perusteella sekä epäsuorasti luokitus- ja hydraulisiin ominaisuuksiin perustuvien routivuuskriteerien avulla. Kantavuutta ja sulamispehmenemistä selvitettiin dynaamisella kolmiaksiaalikokeella sekä epäsuorasti CBR-kokeilla.

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 5 LÄHTÖTIEDOT, ESITUTKIMUKSET JA MATERIAALITUTKIMUKSET 2.3.2 Tulokset Pohjasuhteet ja vesiolosuhteet Pl 75 kohdalla päällysrakenteen paksuus oli 72 cm ja vastaavasti Pl 84 kohdalla 92 cm. Kantavan/jakavan kerroksen alapinnassa oli havaittavissa tummaa orgaanista ainesta sekoittuneena mineraalimaa-ainekseen (kuva 4). Kuva 4. Koekaivantokuva, Pl 75 oikea ja Pl 84 vasen. DCP-kokeiden perusteella pohjamaan pintaosa oli Plv 75...83 selvästi löyhempää kuin alapuoliset kerrokset, joissa DCP-indeksi oli keskimäärin 37 mm/isku. Pl 84 kohdalla DCP-indeksi oli syvyydellä 1,75...3,1 m tien pinnasta keskimäärin löyhempää (4,7 cm/isku) kuin muissa tutkituissa pisteissä (liite 1). Pintaosien heikko kantavuus johtui ilmeiseti roudan sulamisen vaikutuksista.

6 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde LÄHTÖTIEDOT, ESITUTKIMUKSET JA MATERIAALITUTKIMUKSET Pohjamaan suhteellinen dielektrisyys vaihteli välillä 24,2...44,9 ollen huomattavan suuri tällaiselle maamateriaalille. Suuret suhteelliset dielektrisyysarvot voivat johtua korkean vesipitoisuuden ohella mm. siitä, että maamateriaali sisältää runsaasti orgaanista ainetta. Tämä seikka saattaa aiheuttaa virhettä tilavuusvesipitoisuuksien laskennassa. Laskennallisesti mainitut arvot vastaavat tilavuusvesipitoisuuksia 4...54 %. Laboratoriotutkimukset Tutkimuspoikkileikkauksen (Pl 75) kohdalla pohjamaa oli rakeisuudeltaan savista silttiä (kuva 5), jonka vesipitoisuus oli 48 % ja humuspitoisuus 2,9 %. 1 9 SAVI SILTTI HIEKKA SORA Pl 75 oik. taso -.95 m 8 7 6 5 4 3 2 1.2.6.2.74.125.25.5 1 2 4 8 16 32 64 Kuva 5. Rakeisuuskäyrä, Pl 75 oikea. Pohjamaamateriaali oli kaikkien routivuuskriteerien perusteella routivaa (taulukko 1). Routanousukokeessa näytteen (lähtökorkeus 1 mm) kokonaisroutanousu -kuormalla oli 37 mm (liite 2). Luokitus- ja hydrauliset ominaisuudet olivat tyypillisiä ko. maalajille. Pl 84 kohdalta otetun pohjamaamateriaalin luokitus-, hydrauliset- ja routivuusominaisuudet olivat lähes samanlaiset kuin Pl 75 kohdalta otetun pohjamaamateriaalin. Taulukko 1. Pohjamaan (Pl 75 oik.) luokitus-, hydraulisia- ja routivuusominaisuuksia sekä materiaalien routivuusluokitus kyseisten ominaisuuksien perusteella. Ominaisuus Suure Routivuusluokitus (2 Rakeisuus sasi Routiva Hienoustekijä, R f 23 Erittäin routiva Kapillaarisuus, h c 3,9 m Erittäin routiva Vedenläpäisevyys, k 1-7.4 m/s Routiva pf-käyrä, w vol (θ = 2,5) (1 49,9 % - Segregaatiopotentiaali, 13 mm 2 /Kh Erittäin routiva SP (1 tilavuusvesipitoisuus pf-arvolla 2,5 (imu = 32 kpa) (2 routivuusluokitukset on esitelty lähteessä /3/

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 7 LÄHTÖTIEDOT, ESITUTKIMUKSET JA MATERIAALITUTKIMUKSET Sulan materiaalin dynaaminen kimmomoduuli tierakenteessa vaikuttavalla jännitystaolla oli 1 MPa ja CBR-arvo vastaavasti 3 %.

8 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde KOERAKENTEEN SUUNNITTELU- JA MITOITUSLASKELMAT 3 KOERAKENTEEN SUUNNITTELU- JA MITOITUSLASKELMAT 3.1 Suunnitteluperusteet 3.1.1 Routatarkastelu Koerakennekohteen perusparantamisen yhteydessä tiehen rakennettiin lämmöneristekerros palaturpeesta, jolla oli tarkoitus ehkäistä koeosuudella aikaisemmin esiintyneitä routavaurioita. Palaturvekerros rakennettiin pituussuunnassa kiilamaiseksi, koska koeosuudella haluttiin seurata palaturve-eristeen vahvuuden vaikutusta routavaurioihin ja routanousuun. Palaturverakenne tehtiin Plv 72...92. Rakentamissuunnitelman mukaisesti palaturvekerroksen paksuus oli ohuimmillaan Pl 72 (3 mm). Paksuimmillaan palaturvekerros oli Pl 92 (6 mm). Palaturverakenteen molempiin päihin rakennettiin siirtymäkiila haitallisten routanousuerojen tasaamiseksi. Mitoituspoikkileikkaus Routalaskennassa kantavana ja jakavana kerroksena oli murske paksuudeltaan 55 mm. Palaturvekerroksen alapuolella oli vanhan tierakenteen rakennekerroksia, hiekkaa (2 mm), hiekkaista soramoreenia (2 mm) ja silttistä hiekkamoreenia (15 mm), joka oli keskinkertaisesti routivaa. Palaturvekerros eristettiin suodatinkankaalla muista kerroksista. Rakenne päällystettiin öljysoralla. Pohjamaa oli routivaa savista silttiä (kuva 6). TPPT-koetiekohde Rantsila, Pt 18564 Plv 72-92 65 25 6 25 1 : 3 1 : 1,5.4.4 1 : 3 1 : 1,5 6 5 4 3 2 1 7 6 1 Päällyste Ös 4 mm 2 Kantava / jakava kam 55 mm 3 Lämpöeriste palaturve 3-6 mm 4 Vanha rakenne leik. 5 Suodatinkangas 6 Luiskatäyte 7 Pengertäyte Kuva 6. Rantsilan koerakennekohteen poikkileikkauskuva. Mitoituskriteerit

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 9 KOERAKENTEEN SUUNNITTELU- JA MITOITUSLASKELMAT Mitoittava pakkasmäärä turvekerroksen ohuemmassa päässä oli kerran viidessä vuodessa toistuva pakkasmäärä F 5 =35 h C ja palaturvekerroksen paksummassa päässä kerran 2 vuodessa toistuva pakkasmäärä F 2 =45 h C. Kyseiset pakkasmäärät olivat laskentahetkellä käytössä olevasta v. 1931-196 lämpötilojen kuukausikeskiarvojen perusteella lasketuista tilastoista /4/. Uudessa RT-kortissa /1/ pakkasmäärät on laskettu vuorokausikeskiarvojen perusteella jaksolta 1961-199 ja pakkasmäärät ovat pääosin suuremmat kuin aikaisemmassa tilastossa. Laskennassa lähtötietoina käytettiin kuukausittaisia ilman keskilämpötiloja ja talven lämpötilajakaumana käytettiin normaalitalven lämpötilajakaumaa. Mitoitustalven kuukauden keskilämpötila laskettiin kuukausittain normaalitalven jakauman mukaisesti siten, että kuukauden normaalitalven keskilämpötilaa korjattiin kertoimella mitoituspakkasmäärä / (normaalitalven pakkasmäärä). Sallittu routanousu oli 7 mm. Mitoitusparametrit Rakennekerrosten ja pohjamaan lämmönjohtavuus laskettiin Kerstenin menetelmällä. Turpeen lämmönjohtavuus arvioitiin aikaisempien lämmönjohtavuusmittausten perusteella. Tilavuuslämpökapasiteetti ja olomuodonmuutoslämpö laskettiin kuivatilavuuspainon ja vesipitoisuuden perusteella. Pohjamaan segregaatiopotentiaali -kuormalla määritettiin laboratoriossa (taulukko 2). Taulukko 2. Rantsilan koerakennekohteen routamitoituksessa käytetyt parametrit. Parametri Yks. Ös KaM Tv Hk hksrmr sihkmr sasi Kerroksen paksuus [mm] 4 55 3-6 2 2 15 pohjam. Kuivairtotiheys [kn/m 3 ] 22, 2, 2, 18, 18,3 14,5 11, Tilavuusvesipitoisuus [%] 1 4 35 1 16 43 58 SP -kuormalla [mm 2 /Kh] 2 15 Lämmönjohtavuus -sula -jäätynyt [W/ Cm] 2,6 2,3 1,56 1,7,6 1,2 1,78 1,57 2,12 2,2 1,66 3,7,95 2,34 Tilavuuslämpökapasiteetti [J/ Cm 3 ] -sula -jäätynyt 1,7E6 1,7E6 1,67E6 1,59E6 1,62E6,88E6 1,78E6 1,57E6 2,5E6 1,71E6 2,91E6 2,E6 3,26E6 2,4E6 Olomuodonmuutoslämpö [J/m 3 ],33E7 1,34E7 11,69E7 3,34E7 5,34E7 14,36E7 19,37E7 3.1.2 Kantavuustarkastelu Koerakenteen kantavuustarkastelun suoritti VTT:n tielaboratorio. Perinteisiä laskentamalleja käyttäen rakenteelle ei saatu tavoitekantavuusarvoja. Rakenteen kuormituksen kestävyyden mallintaminen ei ollut mahdollista nykyisillä laskentamenetelmillä. 3.2 Käytetyt suunnittelu- ja mitoitusmenetelmät

1 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde KOERAKENTEEN SUUNNITTELU- JA MITOITUSLASKELMAT 3.2.1 Laskentamallit Roudan syvyys laskettiin GEL1d- ja CRREL-mallilla sekä Modified Berggren-menetelmällä. Routanousu laskettiin CRREL-mallilla, yhdistetyn GEL1d-mallin ja segregaatiopotentiaalimenetelmän avulla sekä yhdistetyn Modified Berggren- ja segregaatiopotentiaalimenetelmän avulla. GEL1d GEL1d-malli on 1-dimensionaalinen lämmön siirtymiseen perustuva roudan syvyyden laskentaohjelma. Mallissa maaperän lämpötilan muutoksia aiheuttavat samanaikaisesti maanpinnan lämpövirta, maaperän lämpövirta ja veden muuttuminen jääksi. Ohjelmassa ei huomioida hydraulisia eikä mekaanisia ilmiöitä /5/. CRREL CRREL-malli on USA:ssa kehitetty matemaattinen malli, jonka avulla pystytään arvioimaan routanousua ja sulamispehmenemistä sekä roudan syvyyttä tierakenteissa. Malli on 1-dimensionaalinen kuvaus lämmön- ja massan siirtymisestä ja sen numeerinen ratkaisu suoritetaan integrointimenetelmällä /7/. CRREL-malli on alunperin kehitetty ja testattu kausittaisen jäätymisen ja sulamisen mallintamiseen ei-koheesiomailla, joiden rakeisuusalue on siltistä soraan ja joilla roudan syvyys jää pohjavesitason yläpuolelle. Mallia voidaan soveltaa myös koheesiomailla /7/. Modified Berggren-menetelmä Modified Berggren-menetelmä on analyyttinen laskentamenetelmä, jota voidaan käyttää roudan syvyyden ja maan lämpötilajakauman laskemiseen /6/. Modified Berggren-menetelmällä voidaan arvioida roudan maksimisyvyys käyttämällä differentiaaliyhtälöä määrittämään maan lämpötilaprofiili. Tässä mallissa maan lämpötekniset ominaisuudet tarvitaan sekä sulana että jäätyneenä. Routanousun laskeminen segregaatiopotentiaalin avulla Koerakenteiden routanousu laskettiin segregaatiopotentiaalimenetelmän avulla. Segregaatiopotentiaalimenetelmän avulla laskettu routanousu koostuu osittain maassa jo olevan huokosveden jäätymislaajenemasta (in situ) ja osittain jäätymisvyöhykkeeseen ulkoisesta lähteestä virtaavan veden jäätymisestä. Laskentamenettely on esitetty lähteessä /3/. 3.3 Laskentatulokset Palaturvekerroksen paksuuden ollessa 6 mm roudan syvyydeksi saatiin mitoituspakkasmäärällä F 2 GEL1d-mallilla 1,8 m, CRREL-mallilla 1,89 m ja Modified Berggren menetelmällä 2,16 m. Palaturverakenteen ohuemman pään (3 mm) mitoituspakkasmäärä oli F 5. Tällöin roudan syvyydeksi saatiin GEL1d-mallilla 1,57 m, CRREL-mallilla 1,64 m ja Modified Berggren menetelmällä 2,2 m (taulukko 3).

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 11 KOERAKENTEEN SUUNNITTELU- JA MITOITUSLASKELMAT Turverakenteen paksummassa päässä mitoituspakkasmäärällä F 2 routanousuksi saatiin CRREL-mallilla 27 mm yhdistetyn GEL1d-mallin ja segragaatiopotentiaalimenetelmän avulla 25 mm sekä yhdistetyn Modified Berggren- ja segregaatiopotentiaalimenetelmän avulla 112 mm. Turverakenteen ohuemman pään vastaavat routanousuarvot olivat 63 mm, 47 mm ja 138 mm mitoituspakkasmäärän ollessa F 5 (taulukko 3). Taulukko 3. Roudan syvyys ja routanousu Rantsilan koerakennekohteessa. Pakkasmäärä [ Ch] Turvekerroksen paksuus [mm] Laskentamalli Modified Berggren SP GEL1d F 2 =45 Ch Mitoituspaksuus 6 3 6 Roudan syvyys Roudan syvyys [m] [m] Routanousu Routanousu [mm] [mm] [mm] 2,16 112 1,8 SP 25 CRREL 1,89 27 2,18 182 1,71 69 1,74 19 F 5 =35 Ch Roudan syvyys [m] Routanousu 1,98 65 1,65 3 1,79 4 Mitoituspaksuus 3 Roudan syvyys [m] Routanousu [mm] 2,2 138 1,57 47 1,64 63 Rantsilan koerakennekohteen pohjamaan segregaatiopotentiaalille käytettiin laskennassa arvoa 15 mm 2 /Kh, joten pohjamaa oli erittäin voimakkaasti routivaa. Routanousu oli 3...182 mm pakkasmäärästä, routamallista ja eristekerroksen paksuudesta riippuen. Routanousu oli mitoituspakkasmäärällä huomattavan suuri ja voi täten aiheuttaa vaurioita tierakenteelle. Mallinnettu roudan syvyys vaihteli 1,57...2,18 m eristekerroksen paksuudesta, routamallista ja pakkasmäärästä riippuen.

12 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde KOERAKENTEEN TOTEUTTAMINEN JA RAKENTAMISEN LAADUNVARMISTUS 4 KOERAKENTEEN TOTEUTTAMINEN JA RAKENTAMISEN LAADUNVARMISTUS 4.1 Mittaukset Rakennettava tielinja paalutettiin 2 m välein. Paalutus sidottiin monikulmioverkkoon tien keskilinjalta alku- ja loppupäästään. Kiintopisteenä käytettiin Rantsilan kylän keskustassa sijaitsevaa kiintopistettä Kp 3796. 4.2 Leikkaustyöt Alusrakenteen pinnan muotoilu aloitettiin koerakenteen Rantsilan puoleisesta päästä tien oikealta kaistalta. Työn aikana liikenne ohjattiin tien vasemmalle kaistalle. Alusrakenteen pinta muotoiltiin leikkaamalla vanhan tien rakennekerroksia ja pohjamaata siten, että paalutuksen suunnassa kiilamaisesti 3...6 mm:iin vahveneva palaturvekerros sekä siirtymäkiilat turverakenteen molempiin päihin oli mahdollista rakentaa. Alusrakenteen pinnalle levitettiin suodatinkangas estämään alusrakennemateriaalin sekoittuminen palaturvekerrokseen (kuva 7). palaturvekerros suodatinkangas Kuva 7. Suodatinkangas levitettynä muotoillun alusrakenteen pinnalle tien oikealla kaistalla. 4.3 Palaturpeen levitys Palaturpeen levitys aloitettiin 17.8 tien oikealle kaistalle. Turvemateriaali tuotiin kohteeseen sivukippiautoilla (kuva 8). Turpeen levitys suoritettiin pyöräalustaisella kaivinkoneella, jonka jälkeen suoritettiin kevyt tiivistäminen valssitäryttimellä (kuva 9).

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 13 KOERAKENTEEN TOTEUTTAMINEN JA RAKENTAMISEN LAADUNVARMISTUS Kuva 8. Palaturpeen toimittamista sivukippiautoilla. Kuva 9. Palaturpeen tiivistäminen valssitäryttimellä. Tiivistetyn palaturvekerroksen yläpinnalle levitettiin suodatinkangas, jonka tarkoituksena oli estää päällysrakennemateriaalien sekoittuminen turvekerrokseen.

14 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde KOERAKENTEEN TOTEUTTAMINEN JA RAKENTAMISEN LAADUNVARMISTUS 4.4 Päällysrakennekerrokset Kantava / jakava kerros (KaM) levitettiin suoraan turvekerroksen yläpuolelle levitetyn suodatinkankaan päälle. Materiaalin levitys ja muotoilu suoritettiin pyöräalustaisella kaivinkoneella, johon oli asennettu puskuterä (kuva 1). Tiivistäminen suoritettiin valssitäryttimellä. Kuva 1. Kantavan / jakavan kerroksen levitys ja muotoilu pyöräalustaisella kaivinkoneella. Edelläkuvattujen toimenpiteiden jälkeen liikenne siirrettiin tien oikealle kaistalle ja aloitettiin vasemman kaistan rakentaminen. Työt suoritettiin kuten oikealla kaistalla (kuva 11). Kuva 11. Koerakenteen vasemman kaistan palaturvekerros tiivistettynä 21.8.1996. Liikenne kulki oikealla kaistalla kantavan (KaM) kerroksen päällä.

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 15 KOERAKENTEEN TOTEUTTAMINEN JA RAKENTAMISEN LAADUNVARMISTUS Koerakenne päällystettiin kantavan / jakavan kerroksen lopullisen muotoilun ja tiivistämisen jälkeen öljysoralla. Rakenne valmistui lopullisesti 25.9.1996 (kuva 12). Kuva 12. Koerakenne valmiina 27.9.1996. 4.5 Vertailurakenne Vertailurakenne toteutettiin ns. masuunihiekkarakenteena. Alusrakenteen pintaan levitettiin ja tiivistettiin 2 mm paksu suodatinhiekkakerros, jonka yläpuolelle rakennettiin 35 mm paksu masuunihiekkakerros. Jakavan kerroksen paksuus oli 5 mm, kantavan kerroksen (KaM) paksuus oli 1 mm ja PAB-päällysteen 4 mm. 4.6 Rakentamisen laadunvarmistus Turveosuuden kohdalla leikkauskaivannossa alusrakenteen pintaosa oli kuiva ja materiaali oli silmämääräisen tarkastelun perusteella väriltään kirjavaa ja homogeenista. Rakeisuudeltaan materiaali oli Plv 72...92 välillä savista silttiä ja soramoreenia (taulukko 4). Taulukko 4. Alusrakenteen tila turveosuuden kohdalla. Plv Kuvaus alusrakenteesta, maalaji, Homogeenisuus vesiolosuhteet 72-74 srmr, kuiva väriltään kirjavaa, homogeeninen 74-76 sasi, kuiva väriltään kirjavaa, homogeeninen 76-78 sasi, kuiva väriltään kirjavaa, homogeeninen 78-8 sasi, kuiva väriltään kirjavaa, homogeeninen 8-82 sasi, kuiva, 2 m KL:stä srmr väriltään kirjavaa, homogeeninen 82-84 sasi, kuiva, 2 m KL:stä srmr väriltään kirjavaa, homogeeninen 84-86 sasi, kuiva väriltään kirjavaa, homogeeninen 86-88 sasi, kuiva väriltään kirjavaa, homogeeninen 88-9 sasi, kuiva väriltään kirjavaa, homogeeninen 9-92 sasi, kuiva väriltään kirjavaa, homogeeninen

16 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde KOERAKENTEEN TOTEUTTAMINEN JA RAKENTAMISEN LAADUNVARMISTUS Kuljetusvälineen lavalta tuotiin rakentamispaikalle turvetta 1111 m 3, josta rakenteeseen tiivistetyn turpeen tilavuudeksi saatiin 85 m 3. Kertoimeksi palaturpeen rakenneteoreettisen ja irtotilavuuden välille saatiin tässä tapauksessa 1,31 (m 3 RTR x 1,31= m 3 ITD). Palaturvekerroksen tiivistyminen 12 t täryjyrällä oli vähäistä. Ilmeisesti palaturvekerroksen tiivistyminen pääosin tapahtui traktorilla suoritetun levityksen ja muotoilun aikana. Turvekerroksen paksuus tiivistettynä poikkesi suunnitellusta paksuudesta enimmillään 6 cm (taulukko 5). Keskimäärin tiivistymisen aiheuttama kokoonpuristuminen oli 13 mm. Rakenteeseen tiivistetty palaturve todettiin silmämääräisen tarkastelun perusteella tasalaatuiseksi. Taulukko 5. Turvekerroksen tiivistyminen ja paksuus tiivistettynä. PLV Turvekerroksen paksuus tiivistettynä / tiivistyminen (cm) Vasen KL Oikea 72-74 3/ 29/-1 28/-2 3 74-76 33/ 31/-2 3/-3 33 76-78 34/-2 36/ 32/-4 36 78-8 39// 39/ 37/-2 39 8-82 42/-5 42/ 42/ 42 82-84 42/-2 45/ 45/ 45 84-86 42/-2 45/-3 44/-4 48 86-88 43/-5 47/-4 51/ 51 88-9 5/-4 54/ * 54 9-92 52/-5 57/ * 57 92-94 55/-5 6/ * 6 *Turvekerroksen paksuutta ja tiivistymistä ei mitattu Suunniteltu paksuus (cm)

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 17 SEURANTAMITTAUKSET 5 SEURANTAMITTAUKSET 5.1 Koerakenteen instrumentointi Rantsilan koerakenteen instrumentointi toteutettiin asentamalla vertailurakenteeseen Pl 115 kohdalle pohjavesiputki, Gandahlin putki sekä Pt-1 lämpötilasauva. Turveosuudelle Pl 73 ja 88 kohdalle asennettiin Pt-1 lämpötilasauvat, turpeen ylä- ja alapintaan Pt-1-anturit, kosteus- ja lämmönjohtavuusanturit turvekerrokseen (2 kpl), pohjavesiputket sekä Gandahlin putket. Pl 73, 88 ja 115 kohdilla seurattiin lisäksi lumen syvyyttä tien molemmin puolin 1 ja 2 m etäisyydellä päällysteen reunasta. Vaaituksia varten merkittiin päällysteeseen vaaituspisteet maalilla. Koerakenteen instrumentointi on esitetty yksityiskohtaisesti liitteessä 3. 5.2 Pakkasmäärä Seurantamittausten aikaisten talvien pakkasmäärät olivat seuraavat: F 95-96 = 3538 h C, F 96-97 = 2452 h C, F 97-98 = 2767 h C, F 98-99 = 27266 h C, F 99- = 2978 h C ja F -1 = 2196 h C. Talvi 1995-96 vastasi pakkasmäärältään hieman keskimääräistä kylmempää talvea, talvi 1996-97 hieman keskimääräistä leudompaa talvea, talvet 1997-98 ja 1998-99 noin keskimääräistä talvea ja talvet 1999-2 ja 2-21 keskimäärin noin kerran 5 vuodessa toistuvaa leutoa talvea. Kuvassa 13 on esitetty pakkasmäärän kertyminen seurantatalvien 1996-21 aikana. 4 35 F5 = 368 h C Oulun pakkasmäärä talvina 1995-96, 1996-97, 1997-98, 1998-99, 1999-2 ja 2-21 3 F2 = 284 h C Pakkasmäärä, h C 25 2 15 F95-96 F96-97 1 F97-98 F98-99 5 F99- F-1 1.11. 21.11. 11.12. 31.12. 2.1. 9.2. 1.3. 21.3. 1.4. 3.4. Aika Kuva 13. Pakkasmäärän kertyminen Oulussa seurantatalvien 1996-21 aikana. 5.3 Lämpötilamittaukset Lämpötilamittauksia tehtiin palaturverakenteen ja vertailurakenteena toimivan masuunihiekkarakenteen yhteydessä. Kuvassa 14 on esitetty lämpötilat palaturverakenteen ala-, keski- ja yläosassa ensimmäisenä seurantatal-

18 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET vena 1995-96, joka oli seurantamittausten aikaisista talvista kylmin. Kuvassa 15 on esitetty talven 1995-96 aikaiset lämpötilaprofiilit palaturverakenteen ja masuunihiekkarakenteen yhteydessä. Turvekerroksen aiheuttama suuri lämpötilagradientti oli erityisen selvästi nähtävissä helmikuussa 28.2 1996 suoritetuissa mittauksissa (kuvat 15). Turverakenteen ohuemmassa päässä turvekerroksen ylä- ja alapinnan lämpötilaero oli suurimmillaan 3,55 C ja paksummassa päässä 7,9 C (helmikuu 1996) (kuva 14). 3 Rantsila, Pt 18564 2 Lämpötila [ C] 1-1 -2-3 Pl 73, turve yläpinta Pl 73, turve keskikohta Pl 73, turve alapinta 1/95 11/95 12/95 1/96 2/96 3/96 4/96 5/96 6/96 7/96 8/96 9/96 1/96 3 Rantsila, Pt 18564 2 Lämpötila [ C] 1-1 -2-3 1/95 11/95 12/95 1/96 2/96 3/96 4/96 5/96 6/96 7/96 8/96 9/96 1/96 Pl 88, turve yläpinta Pl 88, turve keskikohta Pl 88, turve alapinta Kuva 14. Lämpötila turvekerroksen ylä- ja alapinnassa sekä keskellä Rantsilan koerakennekohteessa.

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 19 SEURANTAMITTAUKSET Rantsila, Pt 18564 Rantsila, Pt 18564 Lämpötila [ C] -3-2 -1 1 2 3. Lämpötila [ C] -3-2 -1 1 2 3..5.5 Syvyys tienpinnasta [m] 1. 1.5 2. Pl 73 Pl 88 Pl 11 Syvyys tienpinnasta [m] 1. 1.5 2. Pl 73 Pl 88 Pl 11 2.5 11.1.1995 2.5 17.1.1996 3. 3. Rantsila, Pt 18564 Rantsila, Pt 18564 Lämpötila [ C] -3-2 -1 1 2 3. Lämpötila [ C] -3-2 -1 1 2 3..5.5 Syvyys tienpinnasta [m] 1. 1.5 2. Pl 73 Pl 88 Pl 11 Syvyys tienpinnasta [m] 1. 1.5 2. Pl 73 Pl 88 Pl 11 2.5 28.2.1996 2.5 1.4.1996 3. 3. Rantsila, Pt 18564 Rantsila, Pt 18564 Lämpötila [ C] -3-2 -1 1 2 3. Lämpötila [ C] -3-2 -1 1 2 3..5.5 Syvyys tienpinnasta [m] 1. 1.5 2. Pl 73 Pl 88 Pl 11 Syvyys tienpinnasta [m] 1. 1.5 2. Pl 73 Pl 88 Pl 11 2.5 3.4.1996 2.5 23.5.1996 3. 3. Kuva 15. Rantsilan koerakennekohteen lämpötilaprofiilit 11.1.1995, 17.1.1996, 28.2.1996, 1.4.1996, 3.4.1996 ja 23.5.1996.

2 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET 5.4 Palaturverakenteen kosteustila Palaturverakenteen kosteustilan mittaukset aloitettiin 11.1.1995. Palaturvekerroksen keskikohdan laskennallinen tilavuusvesipitoisuus oli paalun Pl 73 (palaturvekerroksen paksuus 3 cm) kohdalla 16,8 % ja Pl 88 (palaturvekerroksen paksuus 53 cm) kohdalla 13,8 % (kuva 16). Turpeen tilavuusvesipitoisuudessa ei tapahtunut suuria muutoksia talven aikana, mutta keväällä kohdan Pl 73 tilavuusvesipitoisuus kasvoi selvästi. Pienin tilavuusvesipitoisuus kohdassa Pl 73 oli 28.2.1996 15,1 % ja suurin 23.5.1996 21,7 %, eli turvekerros oli selvästi kostunut syksyn mittauksesta. Kohdassa Pl 88 tilavuusvesipitoisuus kasvoi mittausajanjakson aikana 1,5 % ollen 23.5.1996 15,3 %. Havaintokaudella 1996-97 Pl 73 turvekerroksen tilavuusvesipitoisuus vaihteli välillä 16,3 43,8 %. Kohteessa oli selvästi havaittavissa turvekerroksen jäätymisestä aiheutuva tilavuusvesipitoisuuden aleneminen. Paalulla Pl 73 turvekerroksen tilavuusvesipitoisuus oli kohonnut selvästi havaintokauden 1995-96 havainnoista, 16,8 %:sta 43,8 %:iin. Paalulla Pl 88 turvekerroksen tilavuusvesipitoisuus vaihteli välillä 15,5 16,8 %. Kohteessa havaittu jäätymisen aiheuttamaa tilavuusvesipitoisuuden alenemista. Pl 88 turvekerroksen tilavuusvesipitoisuus oli samaa suuruusluokkaa kuin havaintokaudella 1995-96. Havaintokaudella 1997-98 Pl 73 turvekerroksen sulan tilan tilavuusvesipitoisuus vaihteli syksyn 39, %:sta alkukesän 48,5 %:iin. Paalulla Pl 73 turvekerroksen tilavuusvesipitoisuus oli noussut selvästi rakentamisen jälkeisestä vesipitoisuudesta 16,8 %:sta. Paalulla Pl 88 turvekerroksen sulan tilan tilavuusvesipitoisuus vaihteli joulukuun 25,7 %:sta kesäkuun lopun 3,5 %:iin. Myös Pl 88 turvekerroksen tilavuusvesipitoisuus oli noussut rakentamisen jälkeisestä vesipitoisuudesta 13,8 %:sta. Havaintokaudella 1998-99 Pl 73 turvekerroksen sulan tilan tilavuusvesipitoisuus vaihteli syksyn 41,7 %:sta kevään 56,8 %:iin. Paalulla Pl 88 turvekerroksen sulan tilan tilavuusvesipitoisuus vaihteli syksyn 34, %:sta kevään 4,8 %:iin. Havaintokaudella 1999-2 Pl 73 turvekerroksen sulan tilan tilavuusvesipitoisuus vaihteli syksyn 43,5 %:sta kevään 53,9 %:iin. Paalulla Pl 88 turvekerroksen sulan tilan tilavuusvesipitoisuus vaihteli syksyn 36,6 %:sta kevään 39, %:iin. Havaintokaudella 2-21 Pl 73 turvekerroksen sulan tilan tilavuusvesipitoisuus vaihteli syksyn 46,2 %:sta kevään 56,9 %:iin. Paalulla Pl 88 turvekerroksen sulan tilan tilavuusvesipitoisuus vaihteli syksyn 39, %:sta kevään 5,2 %:iin. Kuvassa 16 on esitetty palaturvekerroksen tilavuusvesipitoisuuden kehitys Rantsilan koerakennekohteessa 11.1.1995-18.6.21.

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 21 SEURANTAMITTAUKSET Tilavuusvesipitoisuus [%] 7 6 5 4 3 2 1 Pl 73, turve Pl 88, turve Rantsila, Pt 18564 9/95 11/95 1/96 3/96 5/96 7/96 9/96 11/96 1/97 3/97 5/97 7/97 9/97 11/97 1/98 3/98 5/98 7/98 9/98 11/98 1/99 3/99 5/99 7/99 9/99 11/99 1/ 3/ 5/ 7/ 9/ 11/ 1/1 3/1 5/1 7/1 Kuva 16. Palaturvekerroksen tilavuusvesipitoisuuden kehitys Rantsilan koerakennekohteessa 11.1.1995-18.6.21. Noin kuuden vuoden havaintojakson aikana turvekerroksen tilavuusvesipitoisuus vaihteli palaturverakenteen paksummassa päässä (palaturvekerroksen paksuus 53 cm) paalulla Pl. 88 välillä 13,8...5,2 % ja ohuemmassa päässä (palaturvekerroksen paksuus 3 cm) paalulla Pl. 73 välillä 16,8...56,9 % (sulan tilan arvot). 5.5 Palaturverakenteen lämmönjohtavuus Ensimmäisen seurantatalven aikana palaturvekerroksen jäätyminen ei vaikuttanut merkittävästi turpeen lämmöneristyskykyyn. Suoritetuissa mittauksissa turpeen lämmönjohtavuus vaihteli välillä,17...,21 W/Km. Havaintokaudella 1996-97 palaturpeen lämmönjohtavuus oli kohonnut selvästi havaintokauden 1995-96 mittauksista. Palaturpeen lämmönjohtavuus vaihteli Pl 73 välillä,35,52 W/Km ja Pl 88 välillä,32,35 W/Km. Keväällä sulamisvedet aiheuttivat häiriöitä lämmönjohtavuuden määrityksiin. Molemmissa poikkileikkauksissa lämmönjohtavuuksissa tapahtui selvää kasvua. Havaintokaudella 1997-98 palaturpeen lämmönjohtavuus vaihteli Pl 73 välillä,22,51 W/Km ja Pl 88 välillä,23,61 W/Km. Havaintokaudella 1998-99 aikana palaturpeen lämmönjohtavuus vaihteli paalulla Pl. 73 välillä,22...,34 W/Km ja paalulla Pl. 88 välillä,22...,36 W/Km. Havaintokaudella 1999-2 aikana palaturpeen lämmönjohtavuus vaihteli paalulla Pl. 73 välillä,23...,45 W/Km ja paalulla Pl. 88 välillä,23...,46 W/Km. Havaintokaudella 2-21 aikana palaturpeen lämmönjohtavuus vaihteli paalulla Pl. 73 välillä,42...,57 W/Km ja paalulla Pl. 88 välillä,4...,87 W/Km.

22 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET Noin kuuden vuoden havaintojakson aikana turvekerroksen lämmönjohtavuus vaihteli palaturverakenteen paksummassa päässä paalulla Pl. 88 välillä,17...,87 W/Km ja ohuemmassa päässä paalulla Pl. 73 välillä,17...,57 W/Km. Molemmissa poikkileikkauksissa lämmönjohtavuuksissa oli tapahtunut selvää kasvua rakentamisen jälkeiseen tilaan nähden. Voimakkainta kasvu oli viimeisen seurantavuoden aikana. Kuvassa 17 on esitetty palaturvekerroksen jäätyneen tilan lämmönjohtavuuden kehitys Rantsilan koerakennekohteessa aikavälillä 11.1.1995-18.6.21. Palaturvekerroksen jäätyneen tilan lämmönjohtavuus Lämmönjohtavuus, W/Km 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,,9,8,7,6,5,4,3,2,1 Rantsila 3 cm Rantsila 53 cm, 28.1.95 15.5.96 1.12.96 19.6.97 5.1.98 24.7.98 9.2.99 28.8.99 15.3. 1.1. 19.4.1 Aika Kuva 17. Palaturvekerroksen jäätyneen tilan lämmönjohtavuuden kehitys Rantsilan koerakennekohteessa 11.1.1995-18.6.21. 5.6 Pohjaveden syvyys Ensimmäisessä pohjaveden syvyyden mittauksessa 11.1.1995 pohjaveden etäisyys tien tasausviivasta oli palaturverakenteen yhteydessä Pl. 73 1,94 m ja Pl. 88 2,66 m. Vertailurakenteena toimivan masuunihiekkarakenteen yhteydessä pohjaveden etäisyyys oli 1,88 m tien tasausviivasta. Seurantamittausten aikana pohjaveden asema vaihteli huomattavasti. Paalulla Pl. 73 pohjavedenpinta vaihteli välillä,98 3,93 m, paalulla Pl. 88 välillä 1,42 3,9 m ja masuunihiekkarakenteessa Pl. 11 välillä 1,47 3,71 m tien tasausviivasta. Kuvassa 18 on esitetty pohjavedenpinnan muutokset koko seuranta-ajalta 11.1.1995-1.6.2. Pohjaveden mittauksia ei tehty talvella 2-21.

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 23 SEURANTAMITTAUKSET Pt 18564 Rantsila; Pohjaveden syvyys Pohjaveden etäisyys tien tasausviivasta, m,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, Pl. 73 Pl. 88 Pl. 11 4,5 18.9.95 5.4.96 22.1.96 1.5.97 26.11.97 14.6.98 31.12.98 19.7.99 4.2. 22.8. 1.3.1 Kuva 18. Pohjavedenpinnan etäisyys tien tasausviivasta Rantsilan koerakennekohteessa 11.1.1995-1.6.2. 5.7 Roudan syvyys Ensimmäisenä seurantatalvena 1995-96 palaturverakenteen yhteydessä paaluilla Pl 73 (palaturvekerroksen paksuus 3 cm) ja Pl 88 (palaturvekerroksen paksuus 53 cm) maksimi roudansyvyys oli lähes yhtä suuri (1,13 m ja 1,15 m). Kohdassa Pl 73 routa eteni turvekerroksen läpi,19 m vanhaan tierakenteeseen ja kohdassa Pl 88 routaraja oli turvekerroksessa,2 m turvekerroksen alapinnasta. Vertailurakenteessa Pl 11 kohdalla, jossa eristeenä oli käytetty masuunihiekkaa, routa eteni n.,4 m syvemmälle kuin turve-eristetyissä rakenteissa. Talvella 1996-97 Gandahlin putkella mitattu suurin roudansyvyys turverakenteen paksummassa päässä oli 1,24 m ja ohuemmassa päässä 1,16 m. Masuunihiekkarakenteessa paalulla Pl 11 Gandahlin putkella mitattu suurin roudansyvyys oli 1,4 m. Lämpötilasauvalla mitatut maksimiroudan syvyydet olivat,6-,12 m pienempiä kuin Gandahlin putkella mitatut arvot. Talvella 1996-97 molemmissa palaturpeen mittauspisteessä maksimi roudansyvyys oli suurempi kuin havaintokaudella 1995-96, vaikka talven 1996-97 pakkasmäärä oli n. 6 Kh pienempi kuin talven 1995-96. Masuunihiekkarakenteessa maksimi roudansyvyys oli talvella 1996-97,15 m pienempi kuin talvella 1995-96. Talvella 1997-98 lämpötilamittauksilla määritetyt suurimmat roudansyvyydet olivat palaturverakenteen paksummassa päässä 1,22 m ja ohuemmassa päässä 1,28 m. Masuunihiekkarakenteessa paalulla Pl 11 lämpötilamittauksilla määritetty maksimi roudansyvyys oli 1,33 m. Gandahlin putkella mitatut roudansyvyydet olivat,7-,9 m suurempia kuin lämpötilamittauksilla määritetyt arvot. Talvella 1998-99 lämpötilamittauksilla määritetyt suurimmat roudansyvyydet olivat palaturverakenteen paksummassa päässä 1,28 m ja ohuemmassa

24 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET päässä 1,39 m. Masuunihiekkarakenteessa paalulla Pl 11 lämpötilamittauksilla määritetty suurin roudansyvyys oli 1,37 m. Talvella 1999-2 lämpötilamittauksilla määritetyt suurimmat roudansyvyydet olivat palaturverakenteen paksummassa päässä 1, m (palaturvekerroksen paksuus 53 cm) ja ohuemmassa päässä 1,2 m (palaturvekerroksen paksuus 3 cm). Masuunihiekkarakenteessa paalulla Pl 11 lämpötilamittauksilla määritetty suurin roudansyvyys oli 1,22 m. Talvella 2-21 roudansyvyyshavaintoja saatiin palaturverakenteesta vain ohuemmasta päästä. Suurin roudansyvyys Pl 73 1,18 m saavutettiin maaliskuun lopulla. Masuunihiekkarakenteessa Pl 11 vastaavana ajankohtana mitattiin roudansyvyydeksi 1,32 m. Kuvassa 19 on esitetty seurantatalvien 1996-21 aikaiset roudan ja sulamisen syvyydet., Rantsila Pt 18564,5 1, 1,5 2, 2,5 Pl 73/LT1 Pl 73/Gandahl Pl 88/LT1 Pl 88/Gandahl Pl 11/LT1 Pl 11/Gandahl 4/95 6/95 8/95 1/95 12/95 2/96 4/96 6/96 8/96 1/96 12/96 2/97 4/97 6/97 8/97 1/97 12/97 2/98 4/98 6/98 8/98 1/98 12/98 2/99 4/99 6/99 8/99 1/99 12/99 2/ 4/ 6/ 8/ 1/ 12/ 2/1 4/1 Kuva 19. Roudan syvyys Rantsilan koerakennekohteessa seurantatalvien 1995-96, 1996-97, 1997-98, 1998-99, 1999-2 ja 2-21 aikana. 5.8 Routanousu Ensimmäisen seurantatalven aikana havaittiin vaaitustulosten perusteella, että palaturve-eristetyllä tieosuudella oli tapahtunut sekä painumista että routimista. Palaturverakenteen kohdalla suurin routanousu oli 8 mm Pl 72 kohdalla. Koko palaturverakennetta tarkastellen routiminen oli varsin vähäistä (< 5 mm), lisäksi lievät routanousuerot näyttivät tasaantuvan palaturvekerroksen paksuuden kasvaessa. Palaturverakenteen kohdalla suurin painuma tien pinnan korkeuden muutoksen perusteella oli 19 mm (Pl 83 2.5.1996) (kuva 2). 1.2.1996 suoritetussa vaaituksessa oli korkeus oikean kaistan kohdalla Plv 75...93 luettu ilmeisesti väärän maalimerkinnän kohdalta, joten niiltä osin tulokset olivat epäluotettavia. Masuunihiekkarakenteessa routanousu oli suurimmillaan 117 mm Pl 11 kohdalla 16.4.1996. Masuunihiekkarakenteesta mitatut routanousut olivat selvästi suurempia kuin palaturve-eristetyn rakenteen.

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 25 SEURANTAMITTAUKSET 2 palaturve-eristyskerroksen paksuus 3 mm 6 mm vertailurakenne (masuunihiekkarakenne) Pl 96-12 rumpu Korkeuden muutos (mm) VASEN 15 KL 1 OIKEA 5 1.2.1996-5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 Paalulukema 2 Korkeuden muutos (mm) 15 1 5 12.3.1996-5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 Paalulukema 2 Korkeuden muutos (mm) 15 1 5 16.4.1996-5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 Paalulukema 2 Korkeuden muutos (mm) 15 1 5 2.5.1996-5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 Paalulukema 2 Korkeuden muutos (mm) 15 1 5 24.5.1996-5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 Paalulukema Kuva 2. Tienpinnan routanousut Rantsilan koerakennekohteessa talvella 1995-96.

26 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET Talvella 1996-97 suurin routanousu palaturve-eristetyllä osalla 8 mm mitattiin palaturverakenteen ohuemmassa päässä, jossa palaturvekerroksen paksuus oli 3 mm. Routanousu pieneni palaturvekerroksen paksuuden kasvaessa. Palaturvekerroksen paksuuden ollessa yli 4 mm havaittu routanousu oli enintään 5 mm. Koerakennekohteen suurin routanousu 9 mm havaittiin masuunihiekkarakenteessa 21.4.1997 paaluilla 11 ja 12. Palaturverakenteen keskimääräinen routanousu tien keskilinjalla 21.4.1997 oli 2 mm ja masuunihiekkarakenteen 45 mm. Routanousuhavainnoissa ei ollut merkittävää eroa tien keskilinjan ja reunan välillä (kuva 21).

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 27 SEURANTAMITTAUKSET 1 palaturve-eristyskerroksen paksuus 3 mm 6 mm vertailurakenne (masuunihiekkarakenne) Pl 96-12 rumpu 14.1.1997 Routanousu [mm] 5 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata Pääl. reuna, oikea -5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 1 12.2.1997 Routanousu [mm] 5 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata Pääl. reuna, oikea -5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 1 11.3.1997 Routanousu [mm] 5 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata Pääl. reuna, oikea -5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 1 21.4.1997 Routanousu [mm] 5 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata Pääl. reuna, oikea -5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 Routanousu [mm] 1 5 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata Pääl. reuna, oikea 3.5.1997-5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 Kuva 21. Tienpinnan routanousut Rantsilan koerakennekohteessa talvella 1996-97.

28 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET Talvella 1997-98 suurin routanousu palaturve-eristetyllä osalla 7 mm mitattiin palaturverakenteen ohuemmassa päässä, jossa palaturvekerroksen paksuus oli 3 mm. Routanousu pieneni palaturvekerroksen paksuuden kasvaessa. Palaturvekerroksen paksuuden ollessa yli 4 mm havaittu routanousu oli enintään 4 mm. Palaturverakenteen keskimääräinen routanousu tien keskilinjalla 27.4.1998 oli 19 mm ja masuunihiekkarakenteen 26 mm. Suurin routanousuero tien keskilinjan ja reunan välillä oli 5 mm palaturverakenteen ohuemmassa päässä (kuva 22).

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 29 SEURANTAMITTAUKSET Routanousu [mm] 1 5 3 mm palaturve-eristyskerroksen paksuus 6 mm vertailurakenne (masuunihiekkarakenne) Pl 96-12 rumpu Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata Pääl. reuna, oikea 11.12.1997-5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 1 25.2.1998 Routanousu [mm] 5 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata Pääl. reuna, oikea -5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 1 27.3.1998 Routanousu [mm] 5 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata Pääl. reuna, oikea -5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 1 27.4.1998 Routanousu [mm] 5 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata Pääl. reuna, oikea -5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 Routanousu [mm] 1 5 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata Pääl. reuna, oikea 29.5.1998-5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 Kuva 22. Tienpinnan routanousut Rantsilan koerakennekohteessa talvella 1997-98.

3 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET Talvella 1998-99 suurin routanousu palaturve-eristetyllä osalla 7 mm mitattiin palaturverakenteen ohuemmassa päässä, jossa palaturvekerroksen paksuus oli 3 mm. Routanousu pieneni palaturvekerroksen paksuuden kasvaessa. Palaturvekerroksen paksuuden ollessa yli 4 mm havaittu routanousu oli enintään 5 mm. Palaturverakenteen keskimääräinen routanousu tien keskilinjalla 29.3.1999 oli 38 mm ja masuunihiekkarakenteen 48 mm. Suurin routanousuero tien keskilinjan ja reunan välillä oli 4 mm turverakenteen ohuemmassa päässä (kuva 23). Routanousu [mm] 1 5 3 mm palaturve-eristyskerroksen paksuus 6 mm vertailurakenne (masuunihiekkarakenne) Pl 96-12 rumpu Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata Pääl. reuna, oikea 16.12.1998-5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 1 24.2.1999 Routanousu [mm] 5 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata Pääl. reuna, oikea -5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 1 29.3.1999 Routanousu [mm] 5 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata Pääl. reuna, oikea -5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 1 28.4.1999 Routanousu [mm] 5 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata Pääl. reuna, oikea -5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 Kuva 23. Tienpinnan routanousut Rantsilan koerakennekohteessa talvella 1998-99.

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 31 SEURANTAMITTAUKSET Talvella 1999-2 suurin routanousu palaturve-eristetyllä osalla 6 mm mitattiin palaturverakenteen ohuemmassa päässä, jossa palaturvekerroksen paksuus oli 3 mm. Routanousu pieneni palaturvekerroksen paksuuden kasvaessa. Palaturvekerroksen paksuuden ollessa yli 4 mm havaittu routanousu oli enintään 1 mm. Palaturverakenteen keskimääräinen routanousu tien keskilinjalla 2.4.2 oli 13 mm ja masuunihiekkarakenteen 32 mm. Suurin routanousuero tien keskilinjan ja reunan välillä oli 5 mm turverakenteen ohuemmassa päässä (kuva 24). 1 5 3 mm palaturve-eristyskerroksen paksuus 6 mm vertailurakenne (masuunihiekkarakenne) Pl 96-12 rumpu Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata Pääl. reuna, oikea 28.12.1999-5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 1 15.2.2 5 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata -5 Pääl. reuna, oikea 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 1 17.3.2 5 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata -5 Pääl. reuna, oikea 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 1 2.4.2 5 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata Keskilinja Oikea ajorata -5 Pääl. reuna, oikea 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 Kuva 24. Tienpinnan routanousut Rantsilan koerakennekohteessa talvella 1999-2.

32 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET Talvella 2-21 suurin routanousu palaturve-eristetyllä osalla 7 mm mitattiin palaturverakenteen ohuemmassa päässä, jossa palaturvekerroksen paksuus oli 3 mm. Routanousu pieneni palaturvekerroksen paksuuden kasvaessa. Palaturvekerroksen paksuuden ollessa yli 4 mm havaittu routanousu oli enintään 4 mm. Palaturverakenteen keskimääräinen routanousu tien keskilinjalla 1.4.21 oli 34 mm ja masuunihiekkarakenteen 47 mm. Suurin routanousuero tien keskilinjan ja reunan välillä oli 4 mm turverakenteen ohuemmassa päässä (kuva 25). 3 mm palaturve-eristyskerroksen paksuus 6 mm vertailurakenne (masuunihiekkarakenne) Pl 96-12 rumpu 2 Pääl. reuna, vasen Vasen ajorata 15 Keskilinja Oikea ajorata 1 Pääl. reuna, oikea 5 1.4.21-5 72 74 76 78 8 82 84 86 88 9 92 94 96 98 1 12 14 16 18 Kuva 25. Tienpinnan routanousut Rantsilan koerakennekohteessa 1.4 talvella 2-21. 5.9 Lumipeitteen paksuus Rantsilan koerakennekohteessa lumipeitteen paksuutta mitattiin talvina 1996-1998 tien molemmilta puolilta -6 m:n etäisyydeltä tien keskilinjasta. Suurimmat lumenpaksuudet mitattiin noin 2 metrin etäisyydellä tien reunasta: talvella 1995-96,63 m, talvella 1996-97,65 m, talvella 1997-98 helmikuussa 1,4 m. Kuvassa 26 on esitetty lumisimman talven 1997-98 lumipeitten paksuudet tien reunassa paaluilla Pl. 73, Pl. 88 ja Pl. 11.

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 33 SEURANTAMITTAUKSET 1, 22.12.1997 Rantsila, Pt 18564 1, 25.2.1998 Rantsila, Pt 18564 Lumipeitteen paksuus [m],8,6,4,2 Pl 73 Pl 88 Pl 11 Lumipeitteen paksuus [m],8,6,4,2 Pl 73 Pl 88 Pl 11, -6-4 -2 2 4 6 Etäisyys tien keskilinjasta [m], -6-4 -2 2 4 6 Etäisyys tien keskilinjasta [m] 1, 28.3.1998 Rantsila, Pt 18564 1, 24.4.1998 Rantsila, Pt 18564 Lumipeitteen paksuus [m],8,6,4,2 Pl 73 Pl 88 Pl 11 Lumipeitteen paksuus [m],8,6,4,2 Pl 73 Pl 88 Pl 11, -6-4 -2 2 4 6 Etäisyys tien keskilinjasta [m], -6-4 -2 2 4 6 Etäisyys tien keskilinjasta [m] Kuva 26. Lumipeitteen paksuus Rantsilan koerakennekohteessa paaluilla Pl. 73, Pl. 88 ja Pl. 11 22.12.1997, 25.2.1998, 28.3.1998 ja 24.4.1998. 5.1 Kantavuus Rakentamisen jälkeen päällysteen pinnalta pudotuspainolaitteella suoritettujen mittausten perusteella paaluvälillä -65 kantavuusarvot vaihtelivat 125...339 MPa:n välillä keskiarvon ollessa 254 MPa. Palaturveosuudella kantavuusarvot vaihtelivat 7...11 MPa välillä. Alimmillaan kantavuudet olivat palaturverakenteen keskikohdalla Plv 81...85. Masuunihiekkarakenteessa kantavuudet vaihtelivat 249...295 MPa:n välillä ollen siten huomattavasti suurempia kuin palaturverakenteen kohdalla määritetyt arvot (kuva 27). 35 3 Kantavuusarvo (MPa) 25 2 15 1 Vertailurakenne Plv 96-12 5 Palaturverakenne Plv 72-92 2 4 6 8 1 12 Paalulukema Kuva 27.Kantavuusarvot paaluvälillä -12 rakentamisen jälkeen (26.9.1996) pudotuspainolaitteella määritettynä.

34 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET Seuraavat kantavuusmittaukset suoritettiin 8.1.1999. Palaturverakenteessa kantavuudet E2 vaihtelivat välillä 83 177 MPa, keskiarvon ollessa 118 MPa. Masuunihiekkarakenteessa kantavuudet E2 vaihtelivat välillä 295 685 MPa, keskiarvon ollessa 428 MPa. Kuvassa 28 on esitetty kantavuusmittausten tulokset. Pt 18564 Rantsila, kantavuusmittaukset 8.1.1999 8 7 6 Kantavuus E2, MPa 5 4 3 2 1 Palaturverakenne plv. 72-92 Masuunihiekkarakenne plv. 96-12 72 77 82 87 92 97 12 17 112 117 Paalulukema, m Kuva 28. Kantavuusmittausten tulokset 8.1.1999. 5.11 Tasaisuus Elokuussa 1997 suoritettujen IRI-tasaisuusmittausten tulokset on esitetty taulukossa 6. Paaluväli 674-774 sijoittuu osin koealueen ulkopuolelle ja osin turveosuudelle, paaluväli 774-874 sijoittuu turveosuudelle, paaluväli 874-974 sijoittuu osin turveosuudelle ja osin masuunihiekkarakenteelle ja paaluväli 974-1174 sijoittuu vertailurakenteena toimivalle masuunihiekkarakenteelle. Taulukko 6. IRI-tasaisuusmittausten tulokset kesällä 1997. Alkupl. Loppupl. IRI/kesä-97 suunta11 IRI/kesä-97 suunta 21 674 774 2,4 1,7 774 874 1,9 2, 874 974 1,6 1,7 974 174 2,3 2,6 174 1174 2,1 1,8 1174 1274 2, 1,6 Vuonna 1998 tien tasaisuusmittaukset suoritettiin 4.5.1998 ja 17.8.1998. Taulukoissa 7 ja 8 on esitetty IRI - tasaisuusmittausten tulokset (paalutus työmaapaalutuksen mukainen). Paaluväli 721-921 sijoittuu turveosuudelle, paaluväli 921-121 sijoittuu osin masuunihiekkarakenteelle, paaluväli 121-1221 sijoittuu pääosin masuunihiekkarakenteelle. Paaluväli 1221-1621 sijoittuu koealueen ulkopuolelle.

Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde 35 SEURANTAMITTAUKSET Taulukko 7. IRI-tasaisuusmittausten tulokset Rantsilassa keväällä 1998. Alkupl. oppupl RI/kevät-98 RI/kevät-98 RI4/kevät-98 RI4/kevät-98 Huom. suunta11 suunta 21 suunta 11 suunta 21 621 721 2,5 1,36 721 821 2,72 1,88 1,52 1,25 Turverak. 821 921 2,17 1,83 1,21 1,17 921 121 1,96 1,83 1,14 1,21 sin masuuni-hiekka 121 1121 1,73 2,4 1,13 1,48 Masuunihiekka 1121 1221 1,9 1,57 1,23,93 Pääosin masuunihiekka 1221 1321 1,9 1,73 1,6 1,8 1321 1421 1,98 2,23 1,2 1,33 1421 1521 1,91 1,68 1,16,96 1521 1621 2,51 1,28 Taulukko 8. IRI-tasaisuusmittausten tulokset Rantsilassa kesällä 1998. Alkupl. oppupl. RI/kesä-98 RI/kesä-98 RI4/kesä-98 RI4/kesä-98 Huom. suunta11 suunta 21 suunta 11 suunta 21 621 721 2,23 1,3 721 821 1,91 1,67 1,16 1,16 Turverak. 821 921 1,97 1,82 1,16 1,19 921 121 1,61 1,72 1,12 1,32 sin masuuni-hiekka 121 1121 1,63 2,25 1,21 1,47 Masuunihiekka 1121 1221 2,12 1,66 1,23,98 Pääosin masuunihiekka 1221 1321 1,73 1,26 1,13 1,3 1321 1421 1,55 1,9,96 1,34 1421 1521 1,62 1,41 1,13 1,2 1521 1621 1,83 1,22 Kuvassa 29 on esitetty tasaisuusmittauksilla määritetyt 5 m IRI-arvot koeosuuksilla.

36 Pt 18564 Rantsilan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET Pt 18564 Rantsila: IRI 5 m syksy 1998 1 9 Suunta 11 Suunta21 8 7 Palaturverakenne Masuunihiekkarakenne IRI 5 m, mm/m 6 5 4 3 2 1 72 76 8 84 88 92 96 1 14 18 112 116 12 Paalulukema, m Kuva 29. Tasaisuusmittauksilla määritetyt 5 m IRI-arvot koeosuuksilla. Palaturveosuudella kesällä mitatut 5 m IRI-arvot vaihtelivat välillä,73 5,6 mm/m, keskiarvon ollessa 1,85 mm/m ja masuunihiekkarakenteessa 5 m IRI-arvot vaihtelivat välillä,63 4,76 mm/m, keskiarvon ollessa 1,85 mm/m. Vuonna 1999 tien tasaisuusmittaukset suoritettiin 6.5.1999 ja 4.8.1999. Taulukoissa 9 ja 1 on esitetty IRI - tasaisuusmittausten tulokset (paalutus työmaapaalutuksen mukainen). Paaluväli 721-921 sijoittuu turveosuudelle, paaluväli 921-121 sijoittuu osin masuunihiekkarakenteelle, paaluväli 121-1221 sijoittuu pääosin masuunihiekkarakenteelle. Paaluväli 1221-1621 sijoittuu koealueen ulkopuolelle. Taulukko 9. IRI-tasaisuusmittausten tulokset Rantsilassa keväällä 1999. Alkupl. Loppupl IRI/kevät-99 IRI/kevät-99 IRI4/kevät- IRI4/kevät- Huom. suunta11 suunta 21 99 suunta 1199 suunta 21 621 721 3,78 2,8 721 821 2,56 2,63 1,57 1,19 Turverak. 821 921 2,56 2,29 1,36 1,44 921 121 2,9 1,85 1,12 1,1 Osin masuunihiekka 121 1121 1,97 1,81 1,27 1,9 Masuunihiekka 1121 1221 2,3 2,32 1,33 1,47 Pääosin masuunihiekka 1221 1321 2,8 2, 1,22 1,11 1321 1421 1,87 1,88 1,5 1,14 1421 1521 1,84 2,46 1,9 1,37 1521 1621 2,41 1,32