CI/SfB (9-) Rn7 (M2) Syyskuu 2000 STYROFOAM Ratkaisut Maarakenteiden routasuojaus
* * * Sisältö Alkusanat Alkusanat............. 02 Johdanto............. 02 Teiden routasuojaus..... 05 Lentokenttien routasuojaus........... 10 Rautateiden routasuojaus........... 11 Kevennykset........... 12 Tämä esite kertoo liikennealueiden routasuojauksesta, liikennealueiden kevennyksistä, lentokenttien routasuojauksesta, vesi- ja viemärijohtojen lämmöneristämisestä sekä tunneleiden lämmöneristämisestä, käyttämällä STYROFOAMIA*, Dow'n valmistamaa sinistä suulakepuristettua polystyreeniä. Esite kattaa periaatteet, suunnittelutavat sekä asennusmenetelmät. Tunneleiden lämmöneristys......... 15 Vesi- ja viemärijohtojen lämmöneristys......... 18 Urheilukenttien routasuojaus ja lämmöneristys......... 23 Johdanto Note Tämän esitteen sisältö voi muuttua. Kun suunnitellaan Styrofoamilla on tärkeätä seurata viimeisimpiä neuvoja ja suosituksia. Ota yhteyttä ja käy Dow'n kotisivulla www.styrofoameurope.com Suomessa ilmasto- ja lämpötilavaihtelut ovat suuria. Routaa esiintyy koko maassa ja maan pohjoisosissa sen paksuus saattaa olla yli kolmekin metriä. Tiet sekä muut liikenneväylät ja rakenteet on suojattava niiden toimivuuden varmistamiseksi. Tehokas tapa on käyttää STYROFOAM eristyslevyjä. STYROFOAM-eristys ehkäisee routavaurioita ja alentaa samalla korjaus- ja kunnossapitokustannuksia. Levyjä on eri rakenteita ja ne voidaan siksi mitoittaa tarkasti pakkasmäärän ja käyttötarkoituksen mukaan. Tämän tyyppinen routaeristys on lisäksi usein yksinkertaisempaa ja edullisempaa kuin kaivaminen ja soralla täyttäminen. Seuraavissa kappaleissa on kuvattu yleisimmät maarakenteiden routasuojaukset. Niissä kuvataan ainoastaan eri mahdollisuudet, eikä niitä ole tarkoitettu tarkoiksi suunnitteluohjeiksi. Routaeristys auttaa säilyttämään maaperään kesäaikana syntyvän lämpövaraston. Samalla estetään kylmän tunkeutuminen maahan niin, että muodostuu routaa ja routavaurioiden vaaraa. Tämä säästää huomattavasti kunnossapitokustannuksia ja alentaa energiankulutusta. *Dow Chemical Companyn tuotemerkki 02
Johdanto Pakkasmäärä Talven pakkasmäärä lasketaan ilman vuorokautisista keskilämpötiloista. Pakkasmäärää laskettaessa huomioidaan sekä posiitiviset että negatiiviset erot jäätymispisteeseen /1/. F = 24 Σ j (T f - T dj ) (1) jossa Alue B < Alue A Alue C < Alue D + B C 0 C - A D Aloitus Lopetus T d,j Syksy Talvi Kevät a) F on talven pakkasmäärä, Kh T f jäätymispiste 0 C Alue B > Alue A Alue C > Alue D T d,j vuorokauden keskilämpötila päivälle j, C + B C Pakkasmäärän laskennan aloitus- ja lopetusajankohdan määritys on esitetty kuvassa A. Kuvassa A (a) on esitetty tilanne, jossa syksyllä kylmän jakson jälkeen seuraa lyhyt lämmin jakso. Kylmän jakson pakkasmäärä on kuitenkin suurempi kuin lämpimän jakson lämpöastesumma, jolloin talven pakkasmäärän laskenta aloitetaan kylmän jakson alusta. b) 0 C - A Aloitus T d,j Kuva A. Pakkasmäärän laskennan aloitus- ja lopetusajankohdan määritys /1/. Lopetus Syksy Talvi Kevät D Kuvassa A (b) on esitetty tilanne, jossa lyhyen kylmän jakson jälkeen seuraa lämmin jakso, jonka lämpöastesumma on suurempi kuin kylmän jakson pakkasmäärä. Tällöin pakkasmäärän laskenta siirtyy aloitettavaksi lämpimän jakson jälkeen. Vastaavasti kuvassa A on esitetty pakkasmäärän laskennan lopetusajankohta. 03
Johdanto Pakkasmäärä riippuu talven ankaruudesta ja se vaihtelee huo- Kilpisjärvi Kilpisjärvi mattavastikin eri vuosina. Kuvassa B Inari 50000 Kh Inari 60000 Kh on esitetty maarakenteiden routasuojauksen mitoituksessa käytettävät pakkasmäärät F 2, F 5, F 10, F 20 ja F 50. Tilastolliset pakkasmäärät 55000 Kh 55000 Kh 50000 Kh 45000 Kh 40000 Kh 55000 Kh 50000 Kh Sodankylä 55000 Kh 50000 Kh Rovaniemi Kuusamo Kemi 70000 Kh 65000 Kh 60000 Kh 55000 Kh 65000 Kh 70000 Kh Sodankylä 65000 Kh Rovaniemi Kuusamo 60000 Kh Kemi on laskettu ilmatieteenlaitoksen säähavainnoista jaksolta 1961-1990. 35000 Kh Oulu Kajaani 45000 Kh 50000 Kh 45000 Kh Oulu Kajaani 55000 Kh Pakkasmääräkäyrien välillä arvot voidaan interpoloida suoraviivaisesti. 30000 Kh Kokkola 25000 Kh Vassa Kuopio Joensuu 40000 Kh 40000 Kh Vassa Kokkola Seinajöki Kuopio Joensuu 50000 Kh Kylmävarastointikapasiteettia Seinajöki Jyväskylä 35000 Kh 35000 Kh Jyväskylä 45000 Kh koskevat vertailut on tehty erityyppisten routaeristysrakenteiden välillä. Ne on suoritettu 20000 Kh Pori Tampere Lappeenranta 30000 Kh Lahti Turku 25000 Kh Helsinki Kotka 20000 Kh 30000 Kh Pori Tampere Lappeenranta Lahti Turku Helsinki Kotka 30000 Kh 40000 Kh 35000 Kh eristysmateriaaleilla, joiden lämmönjohtavuus vaihtelee. Tulokset osoittavat, että erittäin herkästi routivan maaperän sora- /hiekkakerroksen paksuutta voidaan pienentää yli puoleen, jos eristyksessä käytetään SOLIMATE - eristyslevyjä. 40000 Kh Kuva Bb: kerran 5 vuodessa toistuva pakkasmäärä F5, Kh Kilpisjärvi Inari 65000 Kh 60000 Kh 60000 Kh 55000 Kh 50000 Kh 45000 Kh Rovaniemi Kemi Sodankylä Kuusamo 55000 Kh 65000 Kh 60000 Kh 55000 Kh 50000 Kh Kuva Bd: kerran 20 vuodessa toistuva pakkasmäärä F20, Kh Kilpisjärvi 75000 Kh Inari 70000 Kh Sodankylä 75000 Kh 65000 Kh 60000 Kh 55000 Kh Kemi Rovaniemi Kuusamo 65000 Kh 70000 Kh 70000 Kh 65000 Kh Inari 40000 Kh Oulu Kajaani Oulu Kajaani 60000 Kh 45000 Kh 45000 Kh 35000 Kh Kokkola 45000 Kh 50000 Kh Kokkola 55000 Kh Sodankylä 40000 Kh Rovaniemi 35000 Kh Kuusamo Kemi 30000 Kh Oulu Kajaani 25000 Kh 45000 Kh 40000 Kh 35000 Kh Vassa 30000 Kh 25000 Kh Pori Turku Kuopio Seinajöki Jyväskylä Tampere Helsinki Lahti 25000 Kh Lappeenranta Kotka Joensuu 30000 Kh 40000 Kh 35000 Kh 45000 Kh 40000 Kh 35000 Kh Pori Vassa Turku Seinajöki Tampere Lahti Helsinki Kuopio Jyväskylä Lappeenranta Kotka 35000 Kh Joensuu 50000 Kh 45000 Kh 40000 Kh 20000 Kh Kokkola 30000 Kh Vassa Seinajöki Kuopio Jyväskylä Joensuu 25000 Kh Kuva Bc: kerran 10 vuodessa toistuva pakkasmäärä F10, Kh Kuva Be: kerran 50 vuodessa toistuva pakkasmäärä F50 Tampere 15000 Kh Pori Lappeenranta Lahti 20000 Kh Turku Helsinki Kotka 15000 Kh Kuva Ba: kerran 2 vuodessa toistuva pakkasmäärä F2, Kh 04
Teiden routasuojaus Johdanto Teiden routaeristys erittäin tehokkailla eristysmateriaaleilla on yhä yleisempää. SOLIMATE -tuotteilla uusien ja nykyisten teiden routasuojausta voidaan yksinkertaistaa ratkaisevasti. Teitä on eristetty STYROFOAMILLA jo yli 40 vuotta. Vanhin kohde on Edsvallatie Ruotsissa. SOLIMATE -tuotteet tarjoavat monia etuja niin tienpitäjille kuin käyttäjillekin. Parempi routasuojaus pienentää merkittävästi kunnossapitokustannuksia. Routavaurioilta säästynyt tie on turvallinen, ja lisäksi tasaisempi tie parantaa ajomukavuutta ja vähentää polttoaineenkulutusta, mistä on etua luonnon kannalta. Kun nykyisten teiden routaeristyksessä käytetään SOLIMATE -tuotteita, tierakenteelle joudutaan tekemään vähemmän töitä, mutta siitä huolimatta kantavuus säilyy hyvänä kelirikon aikana. Erittelyt Teiden eristysmateriaaleille asetetaan kaksi päävaatimusta: Riittävä eristyskyky kylmän tunkeutumista vastaan herkästi routivaan maahan rakenteen eliniän ajan (40 vuotta). Riittävä lujuus ja jäykkyys pitkä- ja lyhytaikaisissa kuormituksissa. Pienin sallittu puristuslujuus maks. 5% muodonmuutoksella = 0,25 MPa. Lisäksi vaaditaan, että materiaalin vastustuskyky ympäristövaikutuksille on hyvä ja että rakennustuotantomenetelmät ovat yksinkertaiset ja varmat. Eristyskerroksen paksuutta mitoitettaessa on huomioitava mm. ilmastovyöhykkeet, maaperän jäätymisvastus ja pakkasmäärä. Alueilla, joilla on lämpimät kesät, maaperään muodostuu suurempi lämpövarasto kuin alueilla, joilla kesät ovat viileämmät, vaikka alle 0 C lämpötilan vuorokausikeskiarvojen summa vuoden aikana on yhtä suuri. Myös tasaisuusluokka, maaperän routivuus, liikennekuormitus sekä maanrakennus- ja kunnossapitokustannukset vaikuttavat eristyskerroksen muotoiluun. Lisäksi esimerkiksi routimiselle alttiit tieosuudet ja paikat, joihin muodostuu helposti jäätä, saattavat vaatia erityistoimenpiteitä. Maaperän routivuus määritellään routakriteerien mukaan otettujen näytteiden perusteella. Eristyksen suojaamiseksi täytön yhteydessä sekä mahdollisen maanrakennusliikenteen varalta vaaditaan vahvistuskerros. Vahvistuskerroksen paksuus vähintään 0,25 m. solumuoville σ p 0,35 MPa vähintään 0,35 m, solumuoville 0,25 MPa σ p <0,35 MPa. Täryjyrää, jonka staattinen linjakuorma on yli 25 kn/m, ei saa käyttää solumuovia lähinnä olevan kerroksen tiivistämiseen. Puristuslujuus Jos mursketäyte on vähintään 25 cm, suositellaan SOLIMATE 400- levyä ja jos se on yli 35 cm, voidaan käyttää SOLIMATE 300-levyä. Sopiva tuotelaatu valitaan esitteestä STYROFOAM Tuotetiedot mitoittava kuormitusrasitus huomioiden. Ilmoitetut ominaisarvot murtorajatilassa on sijoitettu alempaan 5%-fraktiiliin. Näitä arvoja leimaavat normin SFS 169524 (ISO 844) mukaisesti mitatut lyhytaikaisarvot. Pitkäaikaisemmissa kuormituksissa arvoja on pienennettävä. Sallittu kuormitus pitkäaikaiskuormituksissa on laskettu 50 vuoden mukaan eikä sitä saa ylittää. Pienin sallittu lujuus maks. 5% muodonmuutoksessa on 0,25 MPa. 05
Teiden routasuojaus Lämmönjohtavuus Maarakenteiden lämmönvastusta mitoitettaessa on huomioitava eristyksen keräämä kosteus. SOLIMATE -tuotteet keräävät vain vähän kosteutta ja korjaus tehdään merkillä λ (delta lambda) - lisäys luokiteltuun lämmönjohtavuusarvoon. Teiden osalta eristyksen eristyskyky on laskettava 40 vuoden mukaan Ruotsin Tielaitoksen julkaisun 1990:42 mukaisesti. Ruotsin koestus- ja tutkimusinstituutti (SP) on laatinut raportin, joka sisältää selvityksen menetelmien soveltamisesta sekä johtopäätöksen. SOLIMATE tuotteet täyttävät VÄG 94:ssä ilmoitetut λ p 0,045 W/m K. Teiden varhainen liukkaus Aikaväli, jolloin tienpinnan lämpötila on alle -2 C tietyillä pinnoitetyypeillä, ilmaisee eriasteista liukkausvaaraa. Jäänmuodostuksen odottamattomat vaihtelut lyhyillä tieosuuksilla ovat erityisen vaarallisia. Herkästi jäätyvissä paikoissa, esim. vesistön läheisyydessä tai jatkuvassa varjossa, on oltava erittäin tarkkana. Eristetyn ja eristämättömän tien siirtymäkohtia ei saa sijoittaa tällaisiin paikkoihin tai kaarteisiin. Päällysrakenteet Päällysrakenteiden mitoitus Päällysrakenteiden mitoituksessa on huomioitava seuraavat tekijät: Tasaisuusluokka Pohjamaan routivuusluokka Ilmastovyöhyke Eristysmateriaali Liukkaus pakkasella Siirtymäkiila SOLIMATE -eristyslevyillä tehtävä routaeristys on asetettava aina eristyspatjan päälle. Suodatinkerros on tehtävä täyteen paksuuteensa - 100 mm - sekä eristyksen että siirtymäkiilan alla. Suodatinkerroksen pituuden ja kaltevuuden on oltava sama kuin penkereen. Suodatinkerros tasoitetaan ja tiivistetään täryjyrällä kuudella yliajokerralla. Eristys sijoitetaan suodatinkerroksen päälle yhtenä tai kahtena kerroksena. Kahta kerrosta käytetään pontittomille levyille, jolloin levyjen saumat limitetään niin, ettei niiden väliin jää rakoja. Levyt työnnetään tiiviisti yhteen ja lukitaan toisiinsa Foamlockkiinnityslaitteella. Eristyslevyjen päälle levitetään jakava kerros, jonka on oltava vähintään 350 mm. Jakava kerros on levitettävä varovasti niin, ettei eristys siirry pois paikaltaan. Eristys on vedettävä tienreunan yli. Ulosmenotiet on eristettävä vähintään 2,5 metrin matkalta. Vanhoja teitä parannettaessa suodatinkerros voidaan tehdä nykyisestä päällysrakenteesta, joka tasoitetaan. Liikennehäiriöiden vähentämiseksi joudutaan usein työskentelemään yhdellä ajoradalla kerrallaan. Keskelle asetettu tilapäinen sulkija helpottaa tienpuoliskojen eristyslevyjen yhteensovittamista. Etäisyyden ajoradan pintaan on kuitenkin oltava vähintään 50 cm. Koska eristävä kerros hidastaa lämmönvirtausta tien alusrakenteessa olevasta lämpövarastosta, tienpinta jäähtyy nopeammin kuin eristämättömillä tieosuuksilla. Siksi lämpötila voi laskea nollarajan alapuolelle nopeammin ja aiheuttaa odottamatonta jäätymistä ja liukkautta. Tätä voidaan ehkäistä edellä mainitulla 50 cm:llä (Suomessa 70 cm). Foamlock Kuva 04 Foamlock 06
Teiden routasuojaus Uudet tiet Uusien teiden ja liikenneväylien routaeristysvaatimuksia ohjaavat maan routivuus, tiestandardi, maanrakennus- ja kunnossapitokustannukset sekä liikennekuormitus. Kuvassa 01 on esitetty uuden tien periaatteellinen rakenne, jossa routasuojaus on toteutettu SOLIMATE -eristyslevyillä. Tie korjaukset Vanhojen teiden eristystä suunniteltaessa on huomioitava seuraavat tekijät: Routamitoitus Routamitoitus suoritetaan periaatteessa samalla tavalla uusille ja olemassa oleville teille. Tien tasaisuus jaetaan Ruotsissa luokkiin 1-5 VÄG 94:n kappaleen 1.3.1.2 mukaisesti. Pienintä tasaisuusluokkaa merkitään numerolla 1. Tieluokka Moottoritiet ilmastovyöhykkeellá 1 ja 2 (Etelä-Ruotsi) Päätiet tai 110 km/htiet. KVL > 4000 Tasaisuusluok ka 5 4 Routivuusluokka Maalajit jaetaan VÄG 94:n kappaleen 1.4.2.1 mukaisesti tieteknisen käytön osalta neljään routivuusluokkaan niiden routanousuominaisuuksien mukaan. Maaperäolosuhteet ja kuivatus Kantavuus, routivuus ja nykyisen päällysrakenteen routavauriot Geometriset olosuhteet (korkeudet, poikkileikkaukset...) Seututiet tai 90 km/htiet Paikallistiet tai 70 km/h-tiet Kävely- ja pyörätiet Suurin sallittu routanousu 3 2 1 Liukkaus pakkasella Siirtymäkiila Tasaisuusluokka Sallitu routanousu mm 1 160 2 120 3 80 4 50 5 20 Kaivot, rummut ja kiinteät rakenteet Liikennetekniset olosuhteet Routivuusluokka Kuvaus Esimerkkejä maalajeista Vanhoilla teillä eristys voidaan asentaa joko nykyisen päällysrakenteen päälle tai kaivaa maahan. Maahan kaivettu eristys saattaa olla paras ratkaisu asutuilla alueilla mm. korkeusmuutosten ja muiden tonttirajaongelmien välttämiseksi. Tällaisissa tapauksissa myös siirtymäkiilapituudet on sovitettava. 1 Routimattomat maalajit Näille on tunnusomaista, että routanousu routimisen aikana on yleensä merkityksetöntä. Luokka käsittää karkearakeiset maalajit sekä orgaaniset maalajit, joiden orgaaninen pitoisuus > 20%. Sr, Hk, hksr, srhk, SrMr, HkMr, Tv 2 Lievästi routivat maalajit Näille on tunnusomaista, että routanousu routimisen aikana on vähäistä. Luokka käsittää sekarakeiset maalajit, joiden hienoainespitoisuus on 30 painoprosenttia. sihk, sisr, sihkmr, sisrmr 3 Keskinkertaisesti routivat maalajit Näille on tunnusomaista, että routanousu routimisen aikana on kohtuullista. Luokka käsittää hienorakeiset maalajit, joiden savipitoisuus on > 40 painoprosenttia, sekarakeiset maalajit, joiden hienoainespitoisuus on > 30 painoprosenttia. Sa, SaMr, SiMr 4 Si, sasi, Erittäin routivat maalajit sisa, SiMr Näille on tunnusomaista, että routanousu routimisen aikana on voimakasta. Luokka käsittää hienorakeiset maalajit, joiden savipitoisuus on 40 painoprosenttia. 07
Teiden routasuojaus Eristepaksuus Tarvittava eristyspaksuus (mm) eri keskimääräisille pakkasmäärille F2 ja tasaisuusluokille. Routivuusluokkien 2 ja 3 penkereiden eristyksen yhteydessä annettuja taulukkoarvoja voidaan pienentää 10 mm:llä. Siirtymäkiila Liian jyrkkien siirtymäkohtien välttämiseksi eristettyjen ja eristämättömien ajoratojen välille tehdään siirtymäkiila pienentämällä eristyspaksuutta asteittain eristämätöntä tietä kohti mentäessä. Pakkasmäärä, h C Tasaisuusluokka 1-2 Tasaisuusluokka 3-5 Pakkasmäärä, h C Pohjamaan routivuusluokka2-3 Pohjamaan routivuusluokka 4 <7200 <7200 7200-14400 20 40 7200-14400 - 20 14400-21600 14400-21600 40 21600-28800 60 28800-36000 80 20 40 60 80 100 Tarvittava paksuus (mm) levylle SOLIMATE 300 BE-A, SOLIMATE 300 BS-A, tai SOLIMATE 400 BS-A. 60 21600-28800 80 28800-36000 40 60 80 100 120 36000-52800 Eristyspaksuus VÄG 94:n mukaan levyille SOLIMATE 300 BE-A ja BS-A, tai SOLIMATE 400 BS-A. 100 120 140 36000-52800 100 120 Kallioleikkauksissa eristetään täydellä eristyspaksuudella, kunnes homogeenisen routivan maan paksuudeksi saadaan vähintään 1,0 m ennen siirtymäkiilan aloittamista. Uudet tiet Teiden uustuotannossa siirtymäkiilan Pakkasmäärä, h C Pohjamaan routivuusluokka2-3 Pohjamaan routivuusluokka 4 <7200 7200-14400 1 1,3 14400-21600 1,5 21600-28800 1,6 28800-36000 1,7 1,1 1,5 1,8 1,9 2,0 Tarvittava leveys (m) levylle SOLIMATE 300 BE-A, SOLIMATE 300 BS-A, tai. SOLIMATE 400 BS-A. 36000-52800 1,8 2,1 on VÄG 94:n luvun 4 kuvan 4.6.4 mukaisesti oltava 16 metriä. Levyt asetetaan 0,6 m limittäin ja porrastetaan kuvan 1 mukaisesti. Levyt lukitaan toisiinsa Foamlockilla. Tie korjaukset Vanhojen teiden osalta saattaa usein olla tarpeen pidentää siirtymäkiilan pituus 24 metriin, jos vanhan tien rakenne ja routasuojaus on uuteen tiehen nähden huonompi. Rummut ja alikäytävät Rumpurakenteet routaeristetään kahdesta syystä. Jos päällä oleva ajorata on routaeristetty, halutaan estää rummun alta tapahtuvan routanousun aiheuttamat epätasaisuudet ja vauriot. Jos päällä olevaa tietä ei ole routaeristetty, tavoitteena on saavuttaa suoja epätasaista routanousua vastaan rummun ja ajoradan välisellä alueella. Kylmälle rummulle ei tarvita siirtymäkiilaa mutta lämpimille rummuille sellainen on kuitenkin oltava. Eristyksen ohentuminen 16,0 m Siirtymäkiilan pituus on usein sovitettava liittymä- ja pihateiden sekä toisaalta nykyisen tien routivuuden mukaan. Kuva 01 Epätasaisesti routiva maa Tasaisesti routiva/routimaton maa 08
Teiden routasuojaus Pakkaskuormitus kohoaa isojen rumpujen ja alikäytävien, kuten kävely- ja pyörätunneleiden, sisällä. Eristystarve sekä eristyspaksuus riippuvat täyttömassojen routivuudesta. Perustettaessa rumpuja routivaan maahan routasuojaus muotoillaan eristäväksi rumpupatjaksi VÄG 94:n luvun 4.8 mukaisesti. Eristyspaksuus mitoitetaan keskimääräisen pakkasmäärän F 2 ja pohjamaan routivuusluokan perusteella. Myös eristyksen laajuus rummun leveyssuunnassa määräytyy ilmastoluokan ja maaperän routivuusluokan perusteella. Pakkasvaikutus rummuissa vaihtelee SOLIMATE :n sijoitus leikkauksiin ja sen mukaan, juokseeko niissä vettä aukkoihin käy ilmi kuvasta 02. vai ovatko ne kuivia. Vesirumpujen Erityisen kylmillä alueilla saattaa olla pakkasvaikutus maaperään on tarpeen käyttää SOLIMATE: n alla olematon tai erittäin vähäinen. Talvella routimatonta maakerrosta. pienet rummut jäätyvät kuitenkin Eristyksen paksuus h10 luetaan usein kuiviksi, minkä vuoksi ne on pakkasmäärätaulukosta. Tulosta eristettävä routanousun estämiseksi. korjataan tarvittaessa alueen erityisen Pienet liittymärummut, joiden kylmiä paikkoja varten. Rumpujen ja sisähalkaisija on alle 0,6 metriä, on alikäytävien eristyspaksuus h 100 routasuojattava vain aukkojen lasketaan F 100 :n ja paikkakunnan kohdalta. Suurempien rumpujen ja vuosikeskilämpötilan perusteella. alikäytävien osalta pakkaskuormitus kasvaa suhteessa rummun halkaisijaan. Routimatonta maata Suurin sisämitta d (metriä) Pienin paksuus h SOLIMATE h k b Rummut*: 0,6<d 1,0 0,3 h10 d 1,0<d (0,3 + 0,1 d) h 10 Alikäytävät h 100 h k h k eristyspaksuus * d korvataan halkaisijamitalla metreinä. b SOLIMATE :n tarvittava paksuus rumpuja ja alikäytäviä varten. Kuva 02 09
Lentokenttien routasuojaus Johdanto Lentokenttien on täytettävä erittäin korkeat lujuus- ja tasaisuusvaatimukset. Tämä tarkoittaa mm. sitä, että routasuojaukselle on asetettava erittäin tiukat vaatimukset. Siksi sekä siviili- että sotilaslentokenttien routaeristykseen käytetään Styrofoamia. Erittelyt Lentokoneen ollessa paikallaan sen pyöräkuormat ovat äärimmäisen suuret. Tämä asettaa erittäin kovat vaatimukset pinnoitukselle ja eristykselle. Niiden on kestettävä suuret pyöräkuormitukset ja laskeutumisten dynaamiset kuormitukset. Mekaaninen kuluminen on erittäin voimakasta laskeutumisissa ja jarrutuksissa sekä käännöksissä, jolloin pyörien kääntyminen on voimakasta. Pinnoitteen/eristyksen on kestettävä pitkäaikaista staattista kuormitusta konetta purettaessa ja kuormattaessa. STYROFOAM-ratkaisut SOLIMATE täyttää yleensä lentokentille asetettavat kuormitusvaatimukset. SOLIMATE 400-levyä käytetään erittäin kylmän ilmaston lentokentillä, jotta ikirouta säilyisi maaperässä kiitotien alla myös kesällä. Jakavan kerroksen paksuus määritellään pintaa kuormittavien kuormien sekä jakavassa kerroksessa tapahtuvan kuormajakauman perusteella. Pinnoitteena käytetään asfalttia tai betonia. SOLIMATE Betoni eristyslevyt Kuvatekstit: Sidottu kantava kerros massasidosteista sepeliä tai sementtistabiloitua materiaalia. Päällyste tiivistä asfalttia tai betonia. Eristyspatja sepeliä SOLIMATE eristyslevyt. Jakava (suoja-)kerros, jossa kantava sorakerros yläosassa ja kapillaarin katkaiseva materiaali alaosassa. Kiitoradat eristetään aina koko leveydeltään ja varustetaan siirtymäkiilalla pituussuunnassa. Siirtymäkiilan pituus sovitetaan yksilöllisesti, mutta sen on aina oltava vähintään 24 metriä. Radan leveyssuunnassa eristys reunustetaan ja varustetaan siirtymäkiilalla tarvittavassa määrin. 35,0-45,0 m 1:80 Eristys mitoitetaan aina yksilöllisesti kullekin lentokentälle erikseen ottaen huomioon paikalliset maaperä- ja ilmasto-olosuhteet. Eristyskerroksen paksuus määräytyy pakkasmäärän ja tasaisuusvaatimuksen perusteella. Routaeristys mitoitetaan paksummaksi kuin tierakenteessa, sillä pinnan tasaisuudelle asetetaan erittäin korkeat vaatimukset ja samalla kunnossapitotöiden tarve on pidettävä mahdollisimman pienenä. Suojakerros Eristysalusta sepelistä Kuva 03: Kiitoradan läpileikkaus Tiivis asfalttibetoni Kantava kerros sidotusta sepelistä tai sementtistabiloidusta materiaalista 10
Rautateiden routasuojaus Johdanto Ratarakenne eristetään, jotta estettäisiin routanousun aiheuttamat raiteiden asentomuutokset. Erittelyt Eristävä kerros asennetaan korkealle rataperustukseen ja levyjen ja ratapölkkyjen alareunan väliin jätetään vähintään 30 cm aluspengerrys. Routimisvaarasta riippuen SOLIMATE --levyjen alle tulee vaihtelevan paksuinen sepelipatja. Olemassa oleviin raiteisiin eristyslevyt kannattaa asentaa pengermateriaalin puhdistuksen yhteydessä. Jos asennettavien levyjen pituus on 4,0 tai 5,0 m, pengerpuhdistuskoneen puskulevyn on oltava vähintään 0,5 metriä levyjen pituutta leveämpi. Jos routasuojauksen paksuus on alle 100 mm, SOLIMATE -eristys voidaan asentaa yhtenä kerroksena. Levyjen on oltava pontattuja puolet levyn paksuudesta 60 mm syvällä pontilla levyjen pitkittäissivuilta kylmäsiltojen välttämiseksi. Kun eristyskerroksen paksuus on yli 100 mm, levyt asennetaan kahteen kerrokseen. Silloin voidaan käyttää pontittomia levyjä, koska toinen kerros asennetaan niin, että saumat tulevat limittäin alakerrokseen nähden. Siirtymäkiila Siirtymäkiilan pituus vaihtelee eristyspaksuuden mukaan. Siirtymäkiilalevyt kasvattavat eristyksen vaiheittain 30 mm:stä tarvittavaan routasuojapaksuuteen sekä pienentävät päinvastaisessa suunnassa paksuutta, kunnes eristys lakkaa. Siirtymäkiilaa ei tehdä sinne, missä eristysväli liittyy ilman raiteen routanousun vaaraa kiinteään rakennelmaan, esim. siltaan tai kallioon. Erittelyt on annettu julkaisussa BVF 585.53. Sijoitus kaarteisiin Kaarteissa, joiden kaarresäde on alle 1500 m, voidaan käyttää kiilamaisia solumuovilevyjä. Niitä on saatavana vain erikoistilauksesta. Pituudeltaan 4,0-5,0 m levyjen kiilamuoto on 0,60 m:stä 0,40 m:iin leveyssuunnassa. Kaarteen kaarevuussäteestä riippuen kiilamaiset levyt asennetaan vaihtelevin välimatkoin. Routivan maan yläpinnan etäisyys korkeusviivasta, m 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 Taulukko Kaarrelevyjä valmistetaan sekä yksiettä kaksikerrosasennukseen. Yhtä kerrosta varten on saatavana pontattuja levyjä oikealle ja vasemmalle kaartaviin kaarteisiin. Tilauksen yhteydessä on ilmoitettava kaarteen poikkeama oikealle tai vasemmalle suhteessa asennussuuntaan. Kahden kerroksen limittäissauma-asennukseen käytetään levyjä, joissa on suoraksi leikatut reunat. Ne sopivat sekä oikealle että vasemmalle kaartaviin kaarteisiin. Erikoistilauksesta voidaan valmistaa erityisen suurille kuormituksille tarkoitettuja levyjä. Asennus tehdään julkaisun BVF 585.53 mukaisesti. Eristepaksuus Kuvassa 04 on esitetty mitoituskäyrästö STYROFOAMeristeen paksuuden määrittämiseksi pakkasmäärän ja routivan maan yläpinnan etäisyyden radan keskiviivasta suhteen. 25000 30000 35000 40000 45000 50000 Pakkasmäämä F (h C) STYROFOAM 100 mm STYROFOAM 75 mm STYROFOAM 50 mm STYROFOAM 25 mm Normaali radan rakenne Kuva 04: STYROFOAM-eristeen paksuuden määrittäminen 11
Kevennykset Johdanto Esimerkiksi rakennustyömaiden ja tiepenkereiden maaperän stabiliteetin parantamiseksi osa alla olevasta maaperästä voidaan korvata nk. SOLIMATE LW-A -kevyttäytteellä. Se mahdollistaa rakenteet heikosti kantavaan maahan. Menetelmää voidaan käyttää myös siltapenkereen massojen korvaamiseen. Tämä vähentää sillan tuen kuormitusta ja liikkumista. Kevennysrakenteita voidaan käyttää myös rakenteellisten kuormien vähentämiseen esimerkiksi maanalaisissa pysäköintitaloissa. SOLIMATE LW-A korvaa tällöin osan ylimmästä maakerroksesta. Menetelmä on yksinkertainen ja kustannustehokas, sillä vaihtoehtona on useimmiten vahvistaminen teräksellä tai betonilla. Painosäästö on merkittävä. 60 cm paksun maakerroksen alemman puoliskon korvaaminen suulakepuristetulla STYROFOAMpolystyreenivaahdolla alentaa painoa yli 500 kg/m 2. Painumien välttämiseksi on tärkeää, että kevennyslevyt ovat sileitä, ja etteivät ne muuta muotoaan staattisten tai dynaamisten kuormitusten vaikutuksesta. Erittelyt SOLIMATE LW-A on polystyreenivaahto, joka on kehitetty ja valmistettu erityisesti tie- ja vesisovelluksiin, joissa tarvitaan hyvää lujuutta ja erinomaista kosteudenkestävyyttä. Materiaalissa yhdistyvät erinomainen pitkäaikainen kosteudenkestävyys ja hyvä puristuslujuus. SOLIMATE LW-A ei muuta muotoaan eikä kutistu, mikä estää painumat ja laskeumat. Heikosti kantavan maan kantavuutta voidaan huomattavasti parantaa korvaamalla osa raskaasta maasta SOLIMATE LW-A-kevyttäytteellä. Materiaalia voidaan käyttää myös tieja ratapenkereiden kantavuuden parantamiseen. SOLIMATE LW-A:ta voidaan käyttää myös painumien rajoittamiseen, poistamiseen tai tasoittamiseen. Muita käyttökohteita ovat painumien tasoittaminen vahvistamattoman ja paaluilla vahvistetun osan välissä. SOLIMATE LW-A -kevyttäyte vähentää tukirakenteisiin kohdistuvaa maanpainetta (vaakapainetta). Tie Kevennys Mitoitus Ohjeet perustuvat Banverketin käsikirjaan Lättfyllning i järnvägsbankar (BVH 585.11) ja ne koskevat rautateitä, mutta niitä voidaan käyttää perustietoina myös muissa sovelluksissa, esim. tiet ja sillat. Tilavuuspaino SOLIMATE LW-A:n ominaistilavuuspainoksi oletetaan 80 vuoden käyttöaikana nimellispaino plus mitoitusjakson vesimäärä, mikä vastaa arvoa 0,4 kn/m 3. Vaihtoehtoisesti ominaistilavuuspainoksi asetetaan 0 kn/m 3 epäsuotuisinta arvoa käytettäessä. Mitoittavaksi tilavuuspainoksi voidaan osavarmuuskertoimella 1,3 ja 80 vuoden käyttöajalla asettaa 1,0 kn/m 3. Tilanteissa, joissa on nousujen vaara, mitoitustilavuuspainoksi asetetaan - 10,0 kn/m 3. Tien kulutuspinta Kantava kerros Mahdollinen kevennys Kuva 05 12
Kevennykset Lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet Painumien välttämiseksi on tärkeää, että kevyttäytelevyt ovat sileitä ja etteivät ne muuta muotoaan staattisten tai dynaamisten kuormitusten vaikutuksesta. Erityisen tärkeää tämä on ratapenkereiden täytössä. Paksuustoleranssiksi on tästä syystä asetettu ± 0,5%. Puristuslujuudeksi on standardin SFS 169524 (ISO 844) mukaisesti määritellyssä lyhytaikaisessa kuormituksessa asetettu vähintään 0,25 MPa 5 % suhteellisessa muodonmuutoksessa tai murtumassa sen mukaan, kumpi tapahtuu ensin. Dynaamisissa kuormituksissa on voimassa, että muodonmuutos 10 ja 2 000 000 kuormitusvaihdoksen välillä ei saa ylittää 5:ttä prosenttia Banverketin erityisen koemenetelmän mukaisesti suoritettavissa dynaamisissa kuormituskokeissa. STYROFOAM-ratkaisut SOLIMATE LW-A toimitetaan kutistusmuoviin pakatuissa nipuissa, joiden nimellispaksuus on 400 mm. Vakiokoko 3 000 x 600 mm. Muita pituuksia voidaan tarjota pyynnöstä. Niput levitetään routimattomalle, hyvin tasoitetulle, tiivistetylle ja kuivatetulle alustalle. Tasoitustäyte voi olla n. 0,1 m paksuinen kerros 0-20 mm luonnon- tai murskemateriaalia. Tiivistys suoritetaan vähintään 75 kg:n tärylevyllä neljällä yliajokerralla. Tasoitustäytteen pintakarkeus on ± 10 mm/3 metriä ja se saa poiketa korkeintaan ±20 mm teoreettisesta tasausviivasta. Niput asennetaan tiilikuviona niin, että saumat eivät tule toistensa kohdalle. Saumoja siirretään vähintään 0,3 m, poikkeustapauksissa pienimmillään 0,15 m. Asennus tapahtuu kerroksittain niin, että pituussuunta tulee vuorotellen tien/rautatien pituus- ja poikkisuuntaan. Nippujen väliset pystysaumat eivät saa olla yli 5 mm. Nippujen liikkuminen rakennusvaiheessa estetään kiinnittämällä uloimmat rivit. Noin 1 m:n pituiset lujiteteräkset pistetään solumuovin läpi 1-2 m välein. Kunkin kerroksen jatkuva tarkastus, että kerros on tasainen, on tarpeen. Mitä korkeampi täyte, sen tärkeämpää. Pengerkulmat määräytyvät geoteknisten olosuhteiden perusteella, mutta ne eivät saa missään tilanteessa olla jyrkempiä kuin 2:1. Täytteen sivujen on oltava porrastettuja, jos korkeus ei ole alle metrin. Tällöin voidaan rakentaa pystysivut. Luiskien tukeminen Täytteenä on käytettävä BVH 581.15 D1.42 mukaista pohjasepelöintiä. Louhetta ei saa käyttää. Luiskien tukeminen on tehtävä varovasti. Sopiva menetelmä on nostaa täytemateriaali kaivinkoneen kauhalla/kuormakauhalla paikalleen. Täyte tiivistetään varovasti kauhalla tai tärylevyllä. Täytteen paksuuden solumuovipintaa vasten on oltava vähintään 0,5 m. Täytteen luiskakaltevuudeksi tehdään 1:2. 13
Kevennykset Päällysrakenne Tekniset tiedot BVH 581.15 D1.42 mukainen täytemateriaali, ei louhe, levitetään varovasti solumuoville. HUOM! Täytemateriaalia ei saa SOLIMATE LW-A on Banverketin hyväksymä ja täyttää BVH 585.11 vaatimukset. kipata suoraan solumuovinipuille, vaan ensimmäinen kerros on Ominaisuudet Menetelmä Suure SOLIMATE LW-A kipattava nippujen viereen ja levitettävä noin 0,4 m paksuksi kerrokseksi. Ensimmäinen kerros tiivistetään neljään kertaan täryjyrällä korkeintaan 20 ja vähintään 15 kn/m staattisella viivakuormalla tai Puristuslujuus (maks. 5% muodonmuutos) ISO 844 kpa 250 Dynaaminen muodonmuutos Banverket % < 5 Veden imeytyminen diffuusiossa EN 12088 til-% < 3 Pituus mm 3 000 Leveys mm 600 Paksuus/paketti mm 400 Paksuustoleranssi % ± 0,5 vastaavan tiivistystehon omaavalla Solukaasu ilma laitteella. Diffuusiossa EN 12088 vol% < 3 Jäljellä oleva Kapillaarisuus ei pohjasepelöinti/sepelöinti levitetään kerrokseksi, jonka Lisätietoja saa esitteestä STYROFOAM Tuotetiedot tai kotisivultamme http://www.styrofoameurope.com paksuus riippuu käytettävissä olevasta tiivistystyövälineestä. Tiivistys tehdään Mark AMA:n mukaisesti. Pyöräajoneuvot eivät saa liikennöidä pinnalla, ennen kuin vähintään 0,4 metrin päällysrakenne on levitetty solumuovin päälle. 14
Tunneleiden lämmöneristys Johdanto Tunnelien kaariin ja pohjalle tihkuu usein vettä kallioperästä. Mitä lähempää tunneliaukkoa vesi tulee, sitä suurempi vaara, että se jäätyy ja aiheuttaa paannejäätä. Vedenpaineen vuoksi vesi- ja jäämäärät saattavat olla huomattavia ja aiheuttaa turvallisuusongelmia. Tunneleiden routasuojaus saattaa olla tunnelin holvin vesi- ja routasuojausta ajoradan routasuojausta kuivatuksen jäätymissuojausta. Tunneleiden routasuojaus asettaa suuret vaatimukset eristysmateriaalille. Alhainen veden imeytyminen diffuusiossa, jäätymisen- ja sulamisenkestävyys ja korkea puristuslujuus ovat ominaisuuksia, joiden on säilyttävä tunnelin koko lasketun käyttöiän ajan (50 vuotta). STYROFOAM -tuotteet täyttävät nämä kaikki standardin SFS 12080, 12091 mukaiset vaatimukset. Kilpisjärvi Vassa 30000 h C 70000 h C Erittelyt 65000 h C 40000 h C Pori 60000 h C 55000 h C 50000 h C 45000 h C Turku Inari Rovaniemi Kemi Oulu Sodankylä Mitoituspakkasmäärät Kuusamo Kokkola Kuopio Seinajöki Jyväskylä Tampere Kajaani Lappeenranta Lahti Helsinki 30000 h C Kotka 60000 h C 65000 h C 70000 h C 65000 h C 60000 h C 55000 h C Joensuu 50000 h C 35000 h C 45000 h C 40000 h C 35000 h C Pakkanen pääsee aina tunneliin eri tekijöiden vuoksi, esim. tuuli, savupiippuilmiö, veto, liikenteen ja mekaanisen ilmanvaihdon imuvaikutus. STYROFOAM-eristeen paksuutta määritettäessä käytetään mitoituspakkasmääränä joko tilastollisesti keskimäärin kerran 20 vuodessa toistuvaa pakkasmäärää F 20 tai tilastollisesti keskimäärin kerran 50 vuodessa toistuvaa pakkasmäärää F 50 (kuva C). Kilpisjärvi 45000 h C 40000 h C 35000 h C 75000 h C 70000 h C Kuva C: Tilastollisesti keskimäärin kerran 20 vuodessa toistuva pakkasmäärä F 20 ja keskimäärin kerran 50 vuodessa toistuva pakkasmäärä F 50. Pori 65000 h C 60000 h C 50000 h C 55000 h C Inari Sodankylä Kemi Kokkola Vassa Seinajöki Turku Tampere Rovaniemi Oulu Kuusamo Kuopio Jyväskylä Kajaani Lappeenranta Lahti Helsinki 35000 h C Kotka 65000 h C 70000 h C 75000 h C 70000 h C 65000 h C 60000 h C Joensuu 40000 h C 55000 h C 50000 h C 45000 h C Jos voidaan osoittaa, että tunnelin sisäilman pakkasmäärä on pienempi kuin ulkoilman pakkasmäärä, voidaan tunnelin lämmöneristeen mitoituksessa käyttää sisäilman mitoituspakkasmääriä F 20T tai F 50T. Tällaisia tunneleita voivat olla esim. pitkät tunnelit, joissa ei ole koneellista tuuletusta ja liikennemäärä on pieni tai tunneli, jonka lähistöllä on suoritettu lämpötilamittauksia vastaavanlaisessa tunnelissa (ilmasto, suuntaus, kaltevuus, pituus, poikkileikkaus ja tuuletus). 15
Tunneleiden lämmöneristys Tunnelin seinien ja katon lämmöneristeen mitoitus Liikennetunnelin seinien ja katon lämmöneristysrakenteeksi suositellaan ratkaisua, jossa kallion ja lämmöneristysrakenteen väliin jätetään ilmatila. Kylmien talvien yhteydessä (mitoitustalvi ja sitä ankarammat talvet) on yleistä, että talven aikana on pakkasjakso, jolloin Suomen olosuhteissa saattavat muutaman viikon ajan vuorokausikeskilämpötilat olla jopa -20...-35 C. Näissä olosuhteissa pakkanen tunkeutuu paksunkin lämmöneristeen läpi. Jos lämmöneristeen ja kallion välissä on ilmatila, niin lämmöneristeen takana voidaan lyhytaikaisesti sallia pakkaslämpötiloja rakenteiden vaurioitumatta. STYROFOAM -menetelmiä ovat tehdasvalmisteiset betonielementit, jotka on eristetty valmiiksi FLOORMATE 200:lla. Eristyksen paksuus mitoitetaan kyseisen paikan mitoituspakkasmäärän perusteella (kuva D) /2/. STYROFOAM-ratkaisut On tärkeää käyttää eristystä, jonka iskunkestävyys on hyvä, esim. FLOORMATE 200, koska tehdasvalmisteisten elementtien eristys saattaa kuljetuksen ja asennuksen aikana vahingoittua/painua kokoon (tiheys > 28 kg/m 2 ). Sen lisäksi eristyksellä on oltava hyvä vastustuskyky jäätymisen/sulamisen vaikutuksille kosteissa ympäristöissä (SFS 12091) erittäin alhainen veden imeytyminen diffuusiossa (SFS 12088) dokumentoidut 50-vuotisarvot lämmönjohtavuudesta. STYROFOAM -tuotteet täyttävät kaikki nämä vaatimukset, jotka on mainittu standardin SFS 1606-12091 - 12088 mukaisissa koemenetelmissä. Kallio Tiivistyskerros Betonielementti FLOORMATE 200 SL-A-N STYROFOAM eristeen paksuus, mm 120 100 80 60 40 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 Mitoituspakkasmäärä F20, F50, ja F50T (h C) Kuva D: Seinien ja katon STYROFOAMeristeen paksuuden määritys. Tien pinta Kantava kerros FLOORMATE/SOLIMATE Salaojituskerros Putsattu kallio Kuva 06 16
Tunneleiden lämmöneristys Tunnelin pohjan lämmöneristeen mitoitus Ajoradan rakentamiseksi tunnelin pohja puhdistetaan vaadittavaan tasoon saakka, jotta päällysrakenteelle olisi tilaa. Alle jäävät tunnelimassat saattavat usein olla herkästi routivia, mikä saattaa aiheuttaa routapuhkeamia ja heikentää kantavuutta yhdessä vedenvirtauksen kanssa. Norjalaisissa ohjeissa esitetään, että salaojien sulana pitämiseksi on tierakenne eristettävä koko poikkileikkauksen osalta, jos pakkasmäärä tunnelissa ylittää 8000 h C. Kuvassa 07 on esitetty periaatekuva tunnelin tierakenteen salaojituksesta. Suomen olosuhteissa suositellaan koko tunnelin pohjan lämmöneristämistä. Lämmöneristepaksuuden määrittämisessä voidaan ottaa huomioon salaojan yläpuolisten rakennekerrosten lämmönvastukset. Tämä tarkoittaa käytännössä 20 mm ohuempia eristepaksuuksia pohjassa kuin seinässä ja katossa eristemateriaalin ollessa Styrofoamlevy. ➀ ➁ ➂ Kulutuskerros Sidekerros Kantava kerros ➃ FLOORMATE 500 SL-A-N / SOLIMATE 500 BS-A-N ➄ Sepeli 5-50 mm Kivituhkaa 4-8 mm ➅ Perusmaa Kuva 07: Tierakenne tunnelissa STYROFOAM-ratkaisut Eristeenä käytetään FLOORMATE 500 SL-A/ SOLIMATE 500 RS-A:ta. Edustaja voi tarvittaessa laskea muita laatuja (puristuslujuuksia). ➀ ➁ Eristykseen kohdistuva kuormitus rakennusaikana on yleensä mitoitettava (esim. sementtiroiskeella eristetyn sepelin levitys). ➂ ➃ ➄ ➅ On tärkeää käyttää eristysmateriaalia, jolla on hyvä ja pitkäkestoinen puristuslujuus (ks. SFS 1209). Tämä varmistaa, että eristys ei vaurioidu/huonone maanrakennusja käyttöjakson aikana. hyvä vastustuskyky jäätymisen/sulamisen vaikutuksille kosteissa ympäristöissä (SFS 1209) erittäin alhainen veden imeytyminen diffuusiossa (SFS 12088) dokumentoidut 50-vuotisarvot lämmönjohtavuudesta. STYROFOAM tuotteet täyttävät kaikki nämä vaatimukset, jotka mainitaan SSEN-koemenetelmissä. Laatoissa on oltava pontit, jotka estävät kylmäsiltojen muodostumisen. Ne on liitettävä yhteen Foamlockilla, jotta ne eivät liukuisi erilleen kantavan kerroksen rakentamisen yhteydessä. 17
Vesi- ja viemärijohtojen lämmöneristys Johdanto Häiriöttömän putkiverkon tärkeä edellytys on, että se on routasuojattu. Putkissa oleva vesi ei saa jäätyä. Routapuhkeamat eivät saa vahingoittaa putkijohtoja ja routavaurioiden aiheuttamien putkirikkojen vaara on eliminoitava. Vesi- ja viemärijohtojen eristysmateriaalille asetetaan tiukat vaatimukset. Sen on säilytettävä hyvä eristyskyky putkien koko käyttöiän ajan (50-100 vuotta). Sen on myös kestettävä maanrakennusliikenteen aiheuttamat kuormitukset. Useat eri tekijät vaikuttavat routaantumissyvyyteen. Näitä ovat ilmastotekijät, maalajitekijät, pohjaveden korkeus, veden kyllästyminen, maaperän ja pintakerroksen koostumus sekä kuivatusolosuhteet. Lisäksi on huomioitava varastoituneen maalämmön tarjoama lämpölähde sekä virtaavan veden omalämpö. STYROFOAM-ratkaisut Vesi- ja viemärijohtojen eristäminen STYROFOAM :lla merkitsee suoria kustannussäästöjä, koska tällöin voidaan käyttää pienempää rakennussyvyyttä. Pienempi kaivuusyvyys vähentää maan tulevia painumia, joista on usein seurauksena vaurioita, jotka on korjattava. Kaivantojen aiheuttamat kasvillisuus- ja luontovauriot vähenevät samoin kuin mahdolliset tulevat vaikutukset pohjaveteen. Käyttö- ja kunnossapitokustannukset pystytään pitämään alhaisina, koska putkijohtoihin on helpompi päästä käsiksi. Yhdistäminen kaapeli- ja kaukolämpöverkkoihin helpottuu. Ne on jo nykyisin rakennettu matalampiin kaivantoihin. Erittelyt Vesi- ja viemärijohdot asennetaan täytemateriaalin 8-12 mm päälle. Myös putkien ympärille täytetään samanlaista täytemateriaalia sekä vähintään 100 mm putkien päälle. Eristyslevyjen päälle tulevan peitemateriaalin paksuus ei saa olla alle 0,65 m, yhteensä vähintään 0,8 m putkien päällä. Haaroituspisteet, venttiilit ja puhdistuskaivot eristetään yhtä huolellisesti kuin muu putkiverkko kylmäsiltojen välttämiseksi. Mitoitus Tässä kuvattu putkien suojausmenetelmä perustuu menetelmään, jonka on laatinut Norges Byggforskningsinstitut (NBI). Tässä ohjeessa kuvataan, kuinka mitoitus suoritetaan neljässä vaiheessa: Vaihe 1 Ilmastotekijöiden ym. määrittely Se, kuinka syvälle maahan routa tunkeutuu, riippuu useista eri tekijöistä. Ne sisältyvät suoraan tai epäsuorasti routaantumissyvyyden määrittelyyn. Tekijöitä on kahta tyyppiä: Ilmastotekijät Maalajitekijät Ilmastotekijät Routaantumissyvyyden määrityksessä käytetään suoraan kolmea tekijää. Ilman maksimipakkasmäärä. Mitoituspakkasmääränä käytetään tilastollisesti keskimäärin kerran 50 vuodessa toistuvaa pakkasmäärää (kuva E). Lumipeite. Koko talvikauden keskimääräiset lumen mitoitussyvyydet on esitetty kuvassa F. Vuosikeskilämpötila. Lumipeite vaikuttaa vuosikeskilämpötilaan niin, että maahan kohdistuva pakkaskuormitus on pienempi talvella. Kuvassa G on esitetty vuoden keskilämpötila kaudelta 1961-90. 18
Vesi- ja viemärijohtojen lämmöneristys Kilpisjärvi 45000 Kh 40000 Kh 35000 Kh 75000 Kh 70000 Kh 65000 Kh 60000 Kh 50000 Kh 55000 Kh Kokkola Inari Rovaniemi Sodankylä Kemi Oulu Kajaani Kuusamo Kuopio Vassa Seinajöki Jyväskylä Pori Tampere Lappeenranta Lahti Turku Helsinki Kotka 35000 Kh 65000 Kh 7000 h C 75000 Kh 70000 Kh 65000 Kh 60000 Kh Joensuu 45000 Kh 40000 Kh Kuva E: Tilastollisesti keskimäärin kerran 50 vuodessa toistuva pakkasmäärä F50 /1/. 0,25 m Kilpisjärvi Vassa 0,15 m Pori 0,10 m 0,05 m 0,25 m 0,20 m Kokkola Kemi Inari Sodankylä Rovaniemi Oulu Seinajöki Jyväskylä Tampere Lahti 0,20 m Turku 0,30 m Helsinki 0,25 m 0,15 m 0,10 m Kuva F: Koko talvikauden keskimääräiset lumen mitoitussyvyydet /3/. Kajaani Kuopio 0,25 m Lappeenranta Kotka 0,30 m 55000 Kh Kuusamo 50000 Kh 0,35 m Joensuu Edellinen kesä sisältyy epäsuorasti routaantumissyvyyden määritystekijäksi maahan varastoituneena lämpönä. Lämpö siirtyy syvempiin maakerroksiin pääasiassa maan läpi valuvan sateen vaikutuksesta. Kesän sademäärä määrää siis suurelta osin kesälämpövaraston koon. Maalajitekijät Routaantumissyvyyteen vaikuttavia merkittäviä tekijöitä on kolme: Kilpisjärvi Vassa 5 4 Pori - 3-2 3-4 - 1 0 Kokkola Vesipitoisuus Routaantuvan maan lämmönjohtavuus 2 Inari Sodankylä Rovaniemi Kemi Oulu Seinajöki Jyväskylä Tampere Lahti Turku Helsinki 5 1-3 - 2 Kuusamo Kajaani Kuopio Joensuu Lappeenranta Kotka - 2-2 - 1 Kuva G: Vuoden keskilämpötila ( C) kaudelta 1961-90 /4/. Maalajin tiiviys ja tiivistysaste. 4 0 3 1 2 Vesipitoisuus Vesipitoisuuden suurin merkitys on lämmössä, joka vapautuu veden jäätyessä. Siltti ja savi ovat maalajeja, joiden vesipitoisuus on suuri. Korkealla pohjavesitasolla on suuri merkitys, koska se yleensä muodostaa rajan routaantumisen jatkumiselle. Samalla pohjavesitaso kohottaa kapillaaristen maalajien vesipitoisuutta. Routaantuvan maan lämmönjohtavuus Lämmönjohtavuus ratkaisee, kuinka nopeasti maalämpö ja jäänmuodostuslämpö johdetaan maanpinnalle. Karkeat maalajit, kuten sora ja sepeli, sisältävät huomattavasti vähemmän vettä ja niiden lämmönjohtavuus on huonompi silttiin ja saveen verrattuna. Karkeiden maalajien routaantumissyvyys on suuri niiden alhaisen jäätymisvastuksen vuoksi. Siltti ja savi, joiden lämmönjohtavuus on suurempi, sisältävät huomattavasti enemmän vettä ja niiden routaantumissyvyys on pienempi. Karkeampi materiaali toimii eristävänä ja se estää routaantumista, kun se on korkean vesipitoisuuden omaavan materiaalin päällä. Tämä johtuu siitä, että vesipitoinen materiaali luovuttaa paljon lämpöä. 19
Vesi- ja viemärijohtojen lämmöneristys Maalajin tiiviys ja tiivistysaste Tiiviimpi maalaji ei ole niin huokoista ja sen vesipitoisuus on suurempi. Ympärystäyttömateriaalin hyvä tiivistys vähentää siis routaantumista. Vaihe 2 Routaantumissyvyyden määrittely Routaantumissyvyys vaihtelee voimakkaasti eri maalajien välillä pääasiassa vesipitoisuuden ja lämmönjohtavuuden mukaan. Routaantumissyvyys lasketaan maalajille hiekka ja sora. Muille maalajiryhmille ilmoitetaan korjauskerroin routaantumissyvyyden laskemista varten. Kallioleikkauksissa routaantumissyvyys määritellään ympärystäyttömateriaalin koostumuksen ja määrän perusteella. Epäselvissä tapauksissa käytetään maalajiryhmää kivi. Sopiva menetelmä routaantumissyvyyden ja mitoittavan pakkasmäärän määrittelemiseksi: 1. Määrittele vuoden keskilämpötila ja keskimääräisen lumipeitteen paksuus. Muista lumelta auratut alueet. Kuvat F ja G. 2. Määrittele sopiva korjauskerroin maalajille. Taulukko 01. 3. Korjaa pakkasmäärä lumipeitteisen maan putkille. Kuva 08. 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 4. Määrittele routaantumissyvyys maalajille hiekka ja sora kuvan 24 avulla. Korjaa tämän jälkeen routaantumissyvyys maalajin mukaan. 5. Määrittele uusi mitoitettu pakkasmäärä, joka perustuu korjattuun routaantumissyvyyteen. Kuva 09. Määrittele lopuksi kohtuullisuus huomioiden geologiset erityisolosuhteet. Maalaji Korjauskerroin Kivi - sepeli ja kivinen sora 1,4 Hiekka ja sora 1,0 Siltti 0,85 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Keskimääräinen lumenpaksuus Kuva 08: Lumipeitteen korjauskerroin (Savi, sekamaa, routiva maa) 1) Erittäin routiva maa 1) (0,7) 0,5 Vuoden keskilämpötila Turve, parkki 0,3 1) Kapillaarikosketuksessa pohjaveteen 1 2 Taulukko 01: Korjauskerroin eri maaperämateriaalien routaantumissyvyyden määrittelemiseksi. Huomaa, että savelle on erityinen mitoituskäyrästö, minkä vuoksi korjausta ei tarvitse tehdä. 3 4 5 6-7 60 50 40 30 20 10 0 1,0 2,0 3,0 4,0 Maksimipakkasmäärä 1000 h C Routasyvyys m Kuva 09: Routasyvyys maalajeissa, hiekka ja sora 20