Jutikkalan eritasoliittymä

TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEET TUTKIMUSOHJELMA 1994-21 Kohderaportti TPPT 27 Espoo, 4.12.21 Jutikkalan eritasoliittymä Risto Alkio Jari Pihlajamäki VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka

TIIVISTELMÄ TPPT:n kuormituskestävyyden parantamiseen tähtäävässä koerakentamisessa yhtenä kohteena oli Jutikkalaan uuden moottoritien ja vanhan Vt 3:n liittymään rakennetut koeosuudet. Koerakennuskohteessa vertailtiin viittä erilaista rakennetta, joissa muuttujana oli sidottu kantava kerros. Muut rakennekerrokset olivat samat kaikille rakenteille. Tutkittavia asioita olivat: eri rakenneratkaisuiden toimivuus kuormituskestävyysominaisuudet rakenteiden kestoikä Kohteen sidotut kantavat kerrosratkaisut olivat paikalla sekoitettu maabetoni, bitumiemulsiostabilointi, asfalttibetoni kantavana kerroksena, joissa sideaineena oli bitumi B8 ja bitumi B25, sekä komposiittiratkaisu. Komposiittikerros oli avoin asfaltti, johon oli imeytetty sementtilaasti. Koekohteessa pyrittiin käyttämään samoja materiaaleja kuin varsinaisella moottoritietyömaalla ja hyödyntämään työmaata varten tehtyjä materiaalitutkimuksia. Kohteen jakava kerros oli tehty valmiiksi ennen koerakentamista liittymärampin alkuperäisen suunnitelman mukaisesti. Moottoritien rakenteiden referenssirakenne koekohteeseen välillä Hämeenlinna Jutikkala oli maabetonirakenne. Koeosuuksien seuraamiseksi ja rakenteiden vaurioitumismekanismin selvittämiseksi koeosuudet instrumentoitiin asentamalla sidotun kerroksen alapintaan venymäanturit, joilla mitattiin liikkuvan kuorma-auton aiheuttamaa vastetta. Seurantaohjelmaan kuului vastemittausten lisäksi kantavuusmittauksia, palvelutasomittauksia ja silmämääräinen vauriokartoitus. Maabetoniosuus vaurioitui korjauskuntoon jo muutaman viikon jälkeen. Syynä oli veden pääsy kulutuskerroksen läpi rakenteeseen ja stabiloidun kerroksen kiviaineksen huonot hienoainesominaisuudet. Maabetoni on rakennemateriaalina jonkin verran riskialtis suunnittelu- ja työvirheille. Bitumistabilointiosuuden loppuun tuli vuoden kuluessa painuma, joten koko osuus päällystettiin varmuuden vuoksi uudelleen. ABK-osuudet toimivat suunnilleen samalla tavalla, vaikka jäykemmästä bitumista tehdyllä materiaalilla oli selvästi suurempi moduuli. Komposiittiosuus toimi hyvin ja oli selvästi pitkäikäisin kohteen rakenteista; siinä oli toki yksi sidottu kerros enemmän kuin ABK-osuuksilla.

ALKUSANAT Tien pohja- ja päällysrakenteet tutkimusohjelman (TPPT) lopputulosten tavoitteena on entistä kestävämpien uusien ja perusparannettavien kestopäällystettyjen teiden rakentaminen siten, että myös rakenteiden vuosikustannukset alenevat. TPPT-ohjelmassa kehitettiin tierakenteiden mitoitusta (TPPT-suunnittelujärjestelmä). Suunnittelujärjestelmään kuuluvissa mitoitusohjeissa ja menetelmäkuvauksissa esitetään ne menettelytavat ja keinot, joita käyttäen tierakenne voidaan kohdekohtaisesti suunnitella ja mitoittaa. TPPT-suunnittelujärjestelmään sisältyy myös päällysrakenteen elinkaarikustannustarkastelu, jonka suorittamiseksi esitetään menettelytapa. Suunnittelujärjestelmälle on ominaista, että tierakenteen mitoitus tapahtuu paikkakohtaisilla tiedoilla ja parametreilla (liikenne, ilmasto, pohjamaa, käytettävät rakennemateriaalit, vanhat rakenteet). Mitoituksessa käytettävien pohjamaata ja rakennemateriaaleja koskevien parametrien määritys tapahtuu ensisijaisesti laboratoriokokeilla tai maastossa tehtävin mittauksin ja tutkimuksin. Myös muiden mitoituksessa tarpeellisten lähtötietojen hankinnassa ja ongelmakohtien tai muutoskohtien paikannuksessa käytetään maastossa ja tiellä tehtäviä havaintoja ja mittauksia. Suunnittelujärjestelmään kuuluvat oleellisena osana sitä täydentävät suunnittelun ja mitoituksen lähtötietojen hankintaa käsittelevät menetelmäkuvaukset. Esitettävät menetelmät ja menettelytavat on todettu käyttökelpoisiksi käytännön havaintojen ja kokeiden perusteella. TPPT-ohjelman tuloksena laaditaan myös yhteenveto ohjelmaan sisältyneistä, mitoitusohjeiden laadinnassa hyväksikäytetyistä koerakenteista sekä yhteenveto tien rakennekerrosten materiaaleista ja niiden valintaan vaikuttavista tekijöistä. Koekohteen suunnittelu ja kohdetutkimukset on tehty Tiehallinnon Hämeen tiepiirin ja VTT:n Rakennus- ja yhdyskuntatekniikan yhteistyönä. Kohderaportin ovat tehneet erikoistutkijat Risto Alkio ja Jari Pihlajamäki VTT:n Rakennus- ja yhdyskuntatekniikasta. Marraskuussa 21 Markku Tammirinne

Jutikkalan koerakennuskohde 5 SISÄLTÖ 1 JOHDANTO 7 2 KOERAKENNUSSUUNNITELMA 8 2.1 Tavoitteet 8 2.2 Koekohde 8 2.3 Koerakenteet 9 2.4 Tutkimussuunnitelma 1 2.4.1 Työnaikainen laadunvalvonta 1 2.4.2 Instrumentointi 11 2.4.3 Seurantamittaukset 13 3 KOERAKENTEEN MITOITUSLASKELMAT 14 4 KOERAKENTEIDEN TOTEUTTAMINEN 15 4.1 Koekohteen rakentaminen 15 4.2 Materiaalitutkimukset 15 4.3 Rakentamisen laadunvalvonta 2 5 KANTAVUUSMITTAUKSET 24 5.1 Levykuormituskoe 24 5.1.1 Jakava kerros 24 5.1.2 Sitomattoman kantava kerros 25 5.2 Pudotuspainomittaukset 26 6 SEURANTAMITTAUKSET 37 6.1 Vastemittaukset 37 6.2 Tasaisuusmittaukset 46 6.3 Vauriokartoitus 52 6.3.1 Maabetonistabilointi 52 6.3.2 Bitumiemulsiostabilointi 53 6.3.3 ABK-rakenteet 53 6.3.4 Komposiittirakenne 53 6.4 Rakenteiden purkaminen 54 7 YHTEENVETO JA PÄÄTELMÄT 57 8 LÄHDELUETTELO 59 9 LIITTEET 6

Jutikkalan koerakennuskohde 7 JOHDANTO 1 JOHDANTO Stabilointikoeteitä on rakennettu viimeisen vuosikymmenen aikana useita eri puolille maata, mutta niillä toteutettujen koeosuuksien kattavuus ja työnaikainen sekä myöhempi seuranta ovat olleet puutteellisia. Selvityksissä on keskitytty lähinnä sideaineen laadun (bitumi / sementti tai bitumin kovuus) ja määrän sekä työtekniikan (emulsio / vaahto, paikallasekoitus / asemasekoitus) vertailuihin. Koerakentamista on tehty sekä vilkkaasti liikennöidyissä kohteissa että alemmalla tieverkolla. Koska koekohteet on toteutettu erillään laajemmista koeohjelmista, ei niissä ole ollut mahdollisuutta koerakenteen instrumentointiin eikä pitkäjänteiseen seurantaan. Monipuolisistakin koerakenteista saadut tiedot ovat rajoittuneet tästä syystä lähinnä työnaikaisiin kokemuksiin. Vanhojen stabilointikoeteiden nykytilaa koskevia selvityksiä samoin kuin stabilointiin liittyviä materiaali- ja työteknisiä kysymyksiä ratkovia tutkimuksia on ollut 199- luvulla käynnissä Tielaitoksen toimeksiannosta lukuisia. TPPT:ssä sementti- ja bitumistabilointia on tutkittu materiaaliteknisestä ja etenkin mitoituksellisesta näkökulmasta. Laboratorioselvitysten keskeisenä tarkoituksena on ollut kehittää stabiloidun materiaalin jäykkyysmoduulin ja pitkäaikaiskäyttäytymisen määritysmenetelmiä ja siten parantaa stabilointien mitoitusvalmiuksia TPPT-projektin yhtenä koerakennuskohteena oli vanhan vt3:n ja uuden moottoritien liittymäkohdassa Kalvolan Jutikkalassa toteutettu koekohde, jossa tutkittiin eri sidottuja kantavia kerroksia omaavien rakenneratkaisujen toimivuutta kuormituskestävyyden ja kestoiän kannalta.

8 Jutikkalan koerakennuskohde KOERAKENNUSSUUNNITELMA 2 KOERAKENNUSSUUNNITELMA 2.1 Tavoitteet TPPT:n kuormituskestävyyden parantamiseen tähtäävässä koerakentamisessa yhtenä kohteena oli Kalvolan Jutikkalaan uuden moottoritien ja vanhan vt3:n liittymään rakennetut koeosuudet. Koerakennuskohteen tavoitteena oli vertailla viittä erilaista rakennetta, joissa muuttujana oli sidottu kantava kerros. Muut rakennekerrokset olivat samat kaikille rakenteille. Tutkittavia asioita olivat: eri rakenneratkaisuiden toimivuus kuormituskestävyysominaisuudet rakenteiden kestoikä 2.2 Koekohde Kohde sijaitsi vanhan vt3:n ja uuden moottoritien liittymäkohdassa Kalvolassa Jutikkalan liittymässä 27 km Hämeenlinnasta pohjoiseen. Moottoritie yhtyi vanhaan vt3:een ramppia pitkin, jolle koeosuudet oli rakennettu. Kuvassa 1 on esitetty koekohteen sijainti. Kuva 1. Koekohteen sijainti. Koekohde oli sidottu moottoritien paalutukseen siten, että koekohteen paalutuksen pl vastasi moottoritien paalulukua 1227.

Jutikkalan koerakennuskohde 9 KOERAKENNUSSUUNNITELMA Suunnitteluvaiheessa arvioitu viiden vuoden aikainen KVL oli 1 ajoneuvoa vuorokaudessa, josta raskaan liikenteen osuus oli 15 %. Jutikkalan liittymään ulottuva moottoritieosuus ja koekohde avattiin liikenteelle lokakuun lopussa 1996. 2.3 Koerakenteet Kohteelle rakennettiin viisi erilaista sidottua kantavaa kerrosta. Sidotut kantavat kerrokset olivat: 1) Sementtistabilointi (maabetoni) tiesekoituksena kerrospaksuudeltaan 15 mm (MB32 ts). Kiviaineksen maksimiraekoko oli 32 mm. Sideaineena oli portlandsementti 4, % kiviaineksen painosta. 2) Bitumiemulsiostabilointi (BEST) kerrospaksuudeltaan 15 mm, jossa sideaineena oli B25 ja sideainepitoisuus 3,7 %. 3) Asfalttibetoni kantavana kerroksena, jossa sideaine oli B8 (4,4 %) ja kiviaineksen maksimiraekoko 32 mm. Koeosuudesta käytettiin tunnusta ABK32 (B8). 4) Asfalttibetoni kantavana kerroksena, jossa sideaine oli B25 (4,5 %) ja kiviaineksen maksimiraekoko 32 mm. Koeosuus oli tunnukseltaan ABK32 (B25). 5) Komposiittirakenne, joka koostui komposiittikerroksesta paksuudeltaan 5 mm ja sen alla olevasta asfalttibetonikerroksesta AB2/1 paksuudeltaan 4 mm. Komposiittikerros tehtiin avoimesta asfalttibetonista AA2 (B12), johon imeytettiin sementtilaasti. Taulukkoon 1 on koottu yhteenveto koerakenteista ja niiden rakennusaikaisen paalutuksen mukainen sijainti. Koeosuuksien pohjamaa oli moreenia lukuun ottamatta komposiittiosuuden kallioleikkausta. Jakava kerros oli Hakinmäen sora-alueen soraa -65 mm ja jakavan kerroksen paksuus oli 7 mm. Sitomaton kantava kerros oli Hakinmäen soramursketta -32 mm ja kerroksen paksuus oli 2 mm. Sidotun kantavan kerroksen kiviaineksena koeosuuksilla 3-4 oli Lujakallion kalliomurske -25 mm ja avoimen asfaltin kiviaineksena Lujakallion kalliomurske -2 mm. Komposiitin alla olevassa asfalttibetonissa kiviaines oli Lujakallion KaM -2 mm. Sementti- ja bitumistabiloidun kerroksen (koeosuudet 1-2) kiviaines oli Hakinmäen soramurske -32 mm. Kulutuskerroksena oli AB2/1, jonka kiviaineksena oli Kahamäen kalliomurske. Kalliomurske oli karkeampaa kuin suunniteltu maksimiraekoko 2

1 Jutikkalan koerakennuskohde KOERAKENNUSSUUNNITELMA mm. Massan maksimiraekokona voidaan rakeisuuskäyrän perusteella pitää raekokoa 25 mm. Rampin poikkileikkaus oli 1/7 ja sisäluiskan kaltevuus oli 1:3. Moottoritien rakenteiden referenssirakenne välillä Hämeenlinna Jutikkala koekohteeseen oli maabetonirakenne. Koekohteen maabetoni valmistettiin samalla ohjeella kuin moottoritiellä sidottuna kantavana kerroksena käytetty maabetoni. Maabetonin kiviaines koeosuudella I oli Hakinmäen soramurske -32 mm ja moottoritien maabetonin kiviaines oli Kerälänvuoren soramurske -32 mm, joten tältä osin maabetonit poikkesivat toisistaan. Taulukko 1. Jutikkalan koerakenteet. RAKENNE- KERROS PÄÄLLYSTE SIDOTTU KANTAVA KERROS SITOMATON KANTAVA KERROS JAKAVA KERROS Koerak. I Plv 2-35 AB2 4 mm MB32 ts 15 mm SrM 2 mm Sr 7 mm Koerak. II Plv 35-45 AB2 4 mm BEST (B25) 15 mm SrM 2 mm Sr 7 mm Koerak. III Plv 54-64 AB2 4 mm ABK32 (B8) 6 mm SrM 2 mm Sr 7 mm Koerak. IV Plv 64-74 AB2 4 mm ABK32 (B25) 6 mm SrM 2 mm Sr 7 mm Koerak. V Plv 82-92 AB2 4 mm KOMPOSIITTI 5 mm AB2 4 mm SrM 2 mm POHJAMAA Mr Mr Mr Mr Ka 2.4 Tutkimussuunnitelma 2.4.1 Työnaikainen laadunvalvonta Koekohteessa pyrittiin käyttämään samoja materiaaleja kuin varsinaisella moottoritietyömaalla ja hyödyntämään työmaata varten tehtyjä materiaalitietoja. Kohteen jakava kerros oli tehty valmiiksi ennen koerakentamista liityntärampin alkuperäisen suunnitelman mukaisesti. Työnaikaisesta laadunvalvonnasta sovittiin rakennuttajan, urakoitsijoitten ja VTT:n kesken 26.6.1996 pidetyssä kokouksessa. Kokouksen mukaan jakavan ja kantavan kerroksen kantavuusmittauksista (pudotuspaino- tai levykuormitusmittaus) vastasi pääurakoitsija. Kerroksista tehtiin kolme mittausta oikean kaista oikealta ajouralta. Päällysteurakoitsija/stabilointiurakoitsija vastasi maabetonin ja bitumistabiloinnin sekä ABK:n ja päällysteiden laadunvalvonnasta. Maabetoni- ja bi-

Jutikkalan koerakennuskohde 11 KOERAKENNUSSUUNNITELMA tumistabiloinnissa tehtiin laavunvalvonta normaalien laadunvalvontaohjeiden mukaan kuitenkin näytemäärän ollessa vähintään kaksinkertainen. Koneasemalla otettiin kaikista päällystemassoista yksi varsinainen näyte sekä yksi näyte varastoon. ABK-päällysteistä otettiin 8 poranäytettä kultakin koeosuudelta. Komposiitista otettiin poranäytteet sekä muut näytteet erillisen työselityksen mukaisesti. VTT asensi mittalaitteet koerakenteisiin, tutki poranäytteet ja teki kohteesta raportin. 2.4.2 Instrumentointi Venymäanturit asennettiin sidotun kantavan kerroksen alapintaan. Antureilla mitattiin liikennekuormituksen aiheuttamaa kriittistä venymää, joka kuvaa tierakenteen kuormituskestävyyttä. Mittausanturit asennettiin oikealle kaistalle (Tampereen suunta) oikeanpuoleiseen ajouraan noin.9 m reunaviivasta. Taulukossa 2 on esitetty anturien sijainnit koerakenteissa sekä anturityypit. Maabetonin ja bitumistabiloinnin antureita varten kaivettiin kuoppa massan sekoituksen jälkeen, johon anturi (tyyppi Tokyo-Sokki) asennettiin oikealle tasolle. Kuoppa täytettiin ja massa tiivistettiin ennen koko kerroksen lopullista tiivistämistä ja muotoilua. Kuvassa 2 on esitetty sementti- ja bitumiemulsiostabiloinnissa käytetty anturityyppi. ABK- ja komposiittiosuuksien anturit tehtiin liimaamalla venymäliuska laboratoriossa valmistettujen 16 mm poralieriöiden pohjaan (kuva 3). Poralieriöt oli valmistettu alkuperäisestä massasta. Antureiden koerakenteeseen asentamista varten kerrokseen porattiin reikä, johon anturikiekko asennettiin siten, että venymäanturi oli kiekon alapinnassa. Taulukko 2. Antureiden sijainnit koealueilla. Rakenne P A A L U (m) Anturi MB32 ts 285 29 295 3 Tokyo-Sokki BEST (B25) 395 4 45 41 Tokyo-Sokki ABK (B8) 58 585 59 595 6 VTT ABK (B25) 7 75 71 715 72 VTT Komposiitti 855 86 865 87 875 88 VTT/Tokyo-Sokki Komposiittirakenteen antureista paaluilla 86, 87 ja 88 olevat anturit (VTT) olivat kaksikerros-antureita eli venymäliuska oli sekä anturin alapinnassa (AB 2) että kerrosten välissä (komposiitti/ab 2). Paaluilla 855, 865 ja 875 olevat anturit erosivat edellä mainituista antureista siten, että kerrosten väliin päällystyksen yhteydessä asennettiin Tokyo-Sokki-tyyppiset anturit. AB 2-massan alapinnassa oli VTT:n anturit.

12 Jutikkalan koerakennuskohde KOERAKENNUSSUUNNITELMA Kuva 2. VTT-tyyppinen venymäanturi. Kuva 3. Tokyo-Sokki-tyyppinen venymäanturi kuvassa vasemmalla.

Jutikkalan koerakennuskohde 13 KOERAKENNUSSUUNNITELMA 2.4.3 Seurantamittaukset Rakentamisen jälkeen tutkittiin kantavuuksia pudotuspainomittauksin. Lisäksi mitattiin raskaan kuorma-auton aiheuttamat liikennerasitukset (venymät) sidotun kantavan kerroksen alapintaan. Pintamittauksia tehtiin myös tasaisuusmittausautolla ja vaurioseurantaa visuaalisesti. Seurantamittauksia tehtiin vähintään vuosittain ja päällysteessä havaittujen muutosten perusteella tiheämminkin.

14 Jutikkalan koerakennuskohde KOERAKENTEEN MITOITUSLASKELMAT 3 KOERAKENTEEN MITOITUSLASKELMAT Koerakenteiden mitoitus perustui eri materiaalien jäykkyysmoduuleihin ja väsymissuoriin. Standardiakselin (1 kn) aiheuttamat muodonmuutokset sidottujen kerrosten alapintoihin laskettiin Bisar -monikerrosohjelmalla. Laskettujen muodonmuutosten sekä väsymissuorasta määritettyjen muodonmuutosten perusteella iteroitiin toteutettavat kerrospaksuudet. Kuormituskertalukuna mitoituksessa käytettiin 1.5 * 1 6 standardiakselia. Taulukossa 3 on esitetty koerakenteiden mitoitusparametrit. Mitoituksen ensimmäisessä vaiheessa määritettiin kunkin materiaalin väsymissuoralta kuormituskertalukua 1.5*1 6 vastaava suurin vetomuodonmuutos ε max. Toisessa vaiheessa laskettiin BISAR-ohjelmalla tätä vastaava kerrospaksuus iteroimalla. Taulukko 3. Koerakenteiden mitoitusparametrit. MATERIAALI E-moduuli MN/m 2 ε max ( µs) (Väsymissuoran perusteella) Kerrospaks. h ( cm ) ε ( µs ) (Bisarilla laskettu) ABK (B8) 4 228 6 228 ABK (B25) 65 158 9 151 KOMPOSIITTI 72 96 15 96 KOMP + AB 4mm 72 96 5 88 BEST (B25) 36 174 11 171 MB ts 25 131 19 13 MB ts 5 131 13 129 Rakennepaksuudet toteutettiin kuitenkin laskelmista poiketen taulukon 1 mukaisesti. Sementti- ja bitumiemulsiostabiloinnit haluttiin saada vertailukelpoisiksi keskenään, jolloin niiden paksuuksiksi valittiin 15 mm. Vastaavasti haluttiin saada myös ABK (B8) ja ABK (B25) - rakenteet keskenään vertailukelpoisiksi, joten niiden kerrospaksuudeksi valittiin 6 mm. Komposiittirakenne toteutettiin kahtena erilaisena kerroksena. Alimman kerroksen tehtävänä oli ensiksi estää päällä olevaan avoimeen asfalttikerrokseen levitettävän sementtilietteen valuminen kerroksen läpi ja toiseksi estää hyvän väsymiskestävyyden omaavana komposiittirakenteen alapintaan syntyvät vauriot. VTT laati paaluvälille 2-92 korjatun pituusleikkauksen ja tyyppipoikkileikkaukset. Paaluvälillä 2-8 poikkileikkaus on yhdenmukainen moreeni pohjamaana. Pohjamaa muuttui pl 8 alkaen kallioleikkaukseksi.

Jutikkalan koerakennuskohde 15 KOERAKENTEIDEN TOTEUTTAMINEN 4 KOERAKENTEIDEN TOTEUTTAMINEN 4.1 Koekohteen rakentaminen Jutikkalan koekohteen rakentamisaikataulu oli seuraava: - jakava kerros ( Hakinmäen Sr -65 mm ) rakennettiin vuonna 1995 - sitomaton kantava kerros ( Hakinmäen SrM -32 mm) rakennettiin kesäkuussa 1996 - sementtistabilointi ( Hakinmäen SrM -32 mm ) tehtiin 8.7.1996 - bitumiemulsiostabilointi ( Hakinmäen SrM -32 mm ) tehtiin 8.7.1996 - ABK-rakenteet ( Lujakallion KaM -32 mm) rakennettiin 8.7.1996 - Komposiitin alla oleva AB2 ( Lujakallion KaM ) tehtiin 8.7.1996 ja AA25 ( Lujakallion KaM ) 9.7.1996 - Komposiitin imeytyslaasti levitettiin 1.7.1996 - Koealueiden päällystys AB2 ( Kahamäen KaM ) tehtiin 7.8.1996 Stabiloinneista vastasi alaurakoitsijana Terramare Oy. Asfalttimassat valmistettiin Interbetoni Oy:n Kappakallion sekoitusasemalla, joka sijaitsi koekohteen välittömässä läheisyydessä. Imeytyslaasti toimitettiin Tervakosken betoniasemalta (35 km kuljetusmatka) pyörintäsäiliöautossa, josta se pumpattiin levityskohtaan. Laasti levitettiin miesvoimin pitkävartisilla kumilastoilla. 4.2 Materiaalitutkimukset Käytettyjen materiaalien ominaisuudet ilmenevät taulukoista 4-6. Tiedot saatiin Tielaitoksen Hämeen tiepiiriltä. Taulukossa 4 on esitetty materiaalien lujuusominaisuudet ja taulukossa 5 on esitetty Hakinmäen soramurskeen hienoainesominaisuudet (<,75 mm). Taulukossa 6 on esitetty Hakinmäen soramurskeen hienoaineksen ja Lujakallion kiviaineksen mineraalikoostumus. Hakinmäen soramurskeen kivilajikoostumus oli: syväkivet 24 %, kiillegneissit ja -liuskeet 55% sekä vulkaniitit 21 %. Lujakallion kiviaines vaihteli kivilajiltaan hieman ottokohdasta riippuen. Kivilajiltaan se oli plagioklaasiporfyriitti/emäksinen tai intermediäärinen vulkaniitti.

16 Jutikkalan koerakennuskohde KOERAKENTEIDEN TOTEUTTAMINEN Taulukko 4. Materiaalien lujuustiedot Testi / Materiaali Hakinmäki, SrM Lujakallio, KaM Los Angeles-luku, % 17,3 1,2 Kuulamyllyarvo, % 14,7 9,8 Pist.kuorm.ind., MPa - 9,5 Par.haurausarvo, % 15,9 1,1 Hioutuvuusluku, cm 3-1,93 Litteys 8-12/12,5-2 mm, % - 11,5 / 13,8 Kiintotiheys, t/m 3 2,77 2,92 Taulukko 5. Hakinmäen soramurskeen hienoaineksen (<,75 mm) ominaisuudet Ominaisuus Hakinmäki, SrM Om.pinta-ala, m 2 /kg Om.pinta-ala,.75-,125 mm m 2 /kg Humus, % Veden adsorptio, % 127 95 1,7 4,6 Taulukko 6. Hakinmäen soramurskeen hienoaineksen (<,75 mm) sekä Lujakallion kiviaineksen mineraalikoostumukset. Mineraali / kiviaines Hakinmäki, SrM <,75 mm Lujakallio Plagioklaasi, % 35 15 Sarvivälke, % 1 5-55 Kvartsi, % 3 5 Kalimaasälpä, % 2 - Pyrokseeni, % - 1 Kloriitti, % + 1 Epidootti, % - 5-15 Biotiitti, % 5 + Opaakki, % - + Komposiittirakenteesta on julkaistu oma väliraportti /1 /, joka sisältää tehdyt esitutkimukset ja yksityiskohtaisemman kuvauksen materiaaleista sekä koeosuuden rakentamisesta. Kiviainesten rakeisuuskäyrät on esitetty kuvissa 4-8. Tiedot on saatu massanäytteiden analysoinneista tai Tielaitoksen murskausurakoiden yhteydessä tehdyistä rakeisuusmäärityksistä, jolloin käyrät ovat materiaalien keskiarvokäyriä.

Jutikkalan koerakennuskohde 17 KOERAKENTEIDEN TOTEUTTAMINEN 1 9 8 7 LÄPÄISY-% 6 5 4 3 2 1,63,125,25,5 1 2 4 6 8 12 16225 32 64 SEULAKOKO (mm) Kuva 4. Pohjamaan moreenin rakeisuuskäyrät 1 9 8 7 LÄPÄISY-% 6 5 4 3 2 1,63,125,25,5 1 2 4 6 8 12 16 225 32 64 SEULAKOKO (mm) Jakava Sr -65 mm Maabetoni -32 mm Kuva 5. Jakavan kerroksen soran ja maabetonin kiviaineksen rakeisuuskäyrät.

18 Jutikkalan koerakennuskohde KOERAKENTEIDEN TOTEUTTAMINEN 1 9 8 7 LÄPÄISY-% 6 5 4 3 2 1,63,125,25,5 1 2 4 6 8 12 16225 32 64 SEULAKOKO (mm) ABK32 (B-25) ABK 32 (B-8) Kuva 6. ABK32 massojen rakeisuuskäyrät. 1 9 8 7 LÄPÄISY-% 6 5 4 3 2 1,63,125,25,5 1 2 4 6 8 12 16225 32 64 SEULAKOKO (mm) PL 86 ok PL 84 vk Kuva 7. Komposiitissa käytetyn AA 25 - massan rakeisuuskäyrä.

Jutikkalan koerakennuskohde 19 KOERAKENTEIDEN TOTEUTTAMINEN 1 9 8 7 LÄPÄISY-% 6 5 4 3 2 1,63,125,25,5 1 2 4 6 8 12 1622532 64 SEULAKOKO (mm) AB 2 AB 25 Kuva 8. AB2- ja AB25- massojen kiviainesten rakeisuuskäyrät. Kuvassa 9 on esitetty kantavan kerroksen asfalttibetonien jäykkyysmoduulit kolmessa eri lämpötilassa. Kuvasta havaitaan, että ABK (B25) on viileässä 5 % jäykempi ja lämpimissä olosuhteissa 125 % jäykempi kuin ABK (B8) eli sen kuorman jakamiskyky on merkittävästi parempi kuin tavanomaisen ABK:n. 18 16 14 13888 15752 12 1 8 931 1374 8929 952 Mr Mr_fas 6 51 5458 4992 5173 4 2 2269 226 5 ABK (B8) 15 25 5 ABK (B25) 15 25 Kuva 9. ABK (B8)- ja ABK (B25)-massojen jäykkyysmoduulit kolmessa lämpötilassa.

2 Jutikkalan koerakennuskohde KOERAKENTEIDEN TOTEUTTAMINEN Kuvassa 1 on esitetty ABK-materiaalien väsymissuorat. Väsymissuoria ei määritetty tämän kohteen materiaaleista, vaan ne on tehty aiemmissa tutkimuksissa tyypiltään vastaavista materiaaleista /2/. Tämän perusteella tuloksia on pidettävä vain suuntaa antavina, mutta materiaaleissa oli kuitenkin erittäin selvä ero väsymiskestävyyden suhteen. Samalla muodonmuutoksella B8-bitumista tehty ABK kestää 1-kertaisesti toistokuormituksia verrattuna B25-bitumista tehtyyn ABK:iin. 1 1 1 AB_B7/1 ABK_B2/3 ABK_7/1 1 1 1 Kuormituskertojen lukumäärä Kuva 1. ABK (B8)- ja ABK (B25)-massojen väsymissuorat aiemmista tutkimuksista ja lisäksi vertailuna AB (B8)-massan väsymissuora /2/. 4.3 Rakentamisen laadunvalvonta Työnaikaisessa laadunvalvonnassa noudatettiin osapuolten sopimia menettelytapoja eri osa-alueilla. Rakennekerrosten rakentamisessa noudatettiin samanlaista laatumenettelyä kuin muuallakin moottoritien rakentamisessa. Kerrospaksuuksia ei vaaittu, vaan paksuudet havaittiin muun laadunvalvonnan yhteydessä sekä instrumentoinnin tai näytteenoton yhteydessä. Maabetonin valmistuksen yhteydessä tehtiin koekappaleita puristuskokeita varten paalulta 22 otetusta massasta 3 kpl ja paalulta 3 myös 3 kpl. Vastaavilta paaluilta tehtiin myös tiiviys- ja paksuusmittauksia. Tulokset on esitetty taulukossa 7.

Jutikkalan koerakennuskohde 21 KOERAKENTEIDEN TOTEUTTAMINEN Taulukko 7 Maabetonin laadunvalvontatulokset. Paalu Massan vesipit, % Massan 16 mm läp. -% Puristuslujuus, 7d, MPa Märkätil. paino, kg/m 2 Rakent. kuivatil.p kg/m 2 Rakent. vesipit., % Rakent. tiiveysaste, % Rakent. Paksuus cm 22 5,8 24, 11, 2418 2184 4,6 97,1 17 22 5,8 24, 11, 2379 22 5,8 24, 11,6 2373 3 5,5 2,9 9,1 2385 2181 3,9 97, 18 3 5,5 2,9 8,5 2425 3 5,5 2,9 1,4 2386 Antureiden asennuksen yhteydessä mitattiin tiivistetyn maabetonin paksuus, joka oli kaikilla paaluilla (pl 285,29,295 ja 3) 16 mm. Bitumiemulsiostabiloinnin näytteet otettiin paalulta 4 (2 kpl), joista määritetyt sideainepitoisuudet olivat 3,66 ja 3,81 %. Antureiden asennuksen yhteydessä mitatut kerrospaksuudet olivat (pl 395) 16 mm, (pl 4) 18 mm, (pl 45) 15 mm ja (pl 41) 15 mm. Massan ABK (B25) sideainepitoisuus paalulta 7 otetun näytteen mukaan oli 4,43 % ja massan ABK (B8) sideainepitoisuus oli 4,25 % (paalu 58-62). Rakenteiden antureiden asennuksen yhteydessä mitattiin porakappaleista paksuudet, jotka rakenteella ABK (B25) olivat (pl 7) 55 mm, (pl 75) 7 mm ja (pl 71, 715 ja 72) 65 mm. Vastaavasti rakenteella ABK (B8) kerrospaksuudet olivat (pl 58 ja 585) 65 mm ja (pl 59, 595 ja 6) 7 mm. Komposiittirakenteesta on julkaistu oma väliraportti /1/, joka sisältää tehdyt esitutkimukset ja yksityiskohtaisen kuvauksen materiaaleista ja rakentamisesta. Massan AB2 sideainepitoisuus paaluilta 82-86 otetun näytteen mukaan oli 4,43 % ja AA25-massan sideainepitoisuus oli 2,9 % ja 2,91 % (pl 86 oik. ja 84 vas.). Taulukossa 8 on esitetty komposiitin imeytyslaastin ohjekoostumus. Taulukko 8. Komposiitin imeytyslaastin ohjekoostumus. Komponentti kg/m3 Filleri (-1 mm), kuivana 125 Sementti ( CEM I 52,5) 265 Lentotuhka 265 Vesi 375 Tehonotkistin 7

22 Jutikkalan koerakennuskohde KOERAKENTEIDEN TOTEUTTAMINEN Valmiista komposiittikerroksesta porattiin 14 näytettä. Kerrospaksuuden keskiarvo oli 64,2 mm ja vaihteluväli 52,6-76,8 mm. Tyhjätilan keskiarvo oli 14,3 % vaihteluvälin ollessa 1,1-22,1 %. Halkaisuvetokoe tehtiin vain niille näytteille, joilla imeytys oli onnistunut hyvin. Hyväksyttyjen näytteiden tyhjätilan keskiarvo oli 11 %. Halkaisuvetokokeissa näytteiden ikä oli 56 vuorokautta ja koestuslämpötila + 1 o C. Halkaisuvetolujuuksien keskiarvo oli 1,3 MPa ja vaihteluväli,91-1,24 MPa. Antureiden asennuksen yhteydessä mitattiin koko sidotun kantavan kerroksen paksuus. Paksuudet olivat (pl 86) 12 mm, (pl 87) 113 mm ja (pl 88) 11 mm. Päällystemassa suhteitettiin VTT:n Yhdyskuntatekniikan tutkimusyksikössä urakoitsijalle sen toimittamista materiaaleista. Päällystemassan koko kiviaineksen suhteitettu rakeisuuskäyrä on esitetty kuvassa 7. Massan ohjeellinen sideainepitoisuus oli 4,7 %. Sideaineena oli bitumi B8.

24 Jutikkalan koerakennuskohde KANTAVUUSMITTAUKSET 5 KANTAVUUSMITTAUKSET 5.1 Levykuormituskoe 5.1.1 Jakava kerros Tielaitoksen edustajat tekivät kantavuusmittauksen jakavan kerroksen päältä levykuormituslaitteella 3.7.1996. Kokeen tulokset on esitetty koealuettain taulukossa 9. Taulukko 9. Kantavuustamittaukset jakavan kerroksen päältä. LEVYKUORMITUSKOKEET JAKAVA KERROS 3.7.1996 PL E1 E2 E2 / E1 2-35 MB ts 22 71 126 1,77 15 mm 25 121 189 1,56 28 163 23 1,41 31 116 215 1,85 34 96 182 1,9 35-46 BEST (B25) 37 111 222 2, 15 mm 4 9 169 1,88 43 97 166 1,71 46 96 217 2,26 49 127 227 1,79 52 9 177 1,97 54-64 ABK 32 (B8) 55 141 219 1,55 6 mm 58 73 131 1,79 61 69 117 1,7 64-74 ABK 32 (B25) 65 96 15 1,56 6 mm 68 99 177 1,79 71 95 155 1,63 74 17 163 1,52 77 52 114 2,19 82-92 KOMPOSIITTI 83 76 145 1,91 5 mm 86 157 261 1,66 AB2 4mm 89 96 165 1,72

Jutikkalan koerakennuskohde 25 KANTAVUUSMITTAUKSET 5.1.2 Sitomattoman kantava kerros Tielaitoksen edustajat tekivät sitomattoman kantavan kerroksen kantavuusmittaukset levykuormituslaitteella 4.7.1996. Levykuormituskokeen tulokset on esitetty taulukossa 1. Taulukko 1. Kantavuusmittaukset, levykuormituskoe. LEVYKUORMITUSKOKEET KANTAVA KERROS 4.7.1996 PL E1 E2 E2 / E1 2-35 MB ts 22 11 166 1,64 15 mm 25 133 184 1,38 28 151 22 1,46 31 11 23 1,85 34 9 169 1,88 35-46 BEST (B25) 37 89 182 2,4 15 mm 4 12 172 1,69 43 86 164 1,91 46 78 169 2,17 54-64 ABK 32 (B8) 54 92 162 1,76 6 mm 57 119 18 1,51 6 11 162 1,6 64-74 ABK 32 (B25) 64 123 174 1,41 6 mm 67 95 16 1,68 7 14 197 1,41 73 11 162 1,47 76 11 172 1,7 79 12 163 1,6 82-92 KOMPOSIITTI 82 117 171 1,46 5 mm 85 12 177 1,74 AB 2 88 125 18 1,44 4 mm 91 119 186 1,56

26 Jutikkalan koerakennuskohde KANTAVUUSMITTAUKSET 5.2 Pudotuspainomittaukset Kohteessa on tehty pudotuspainomittauksia sitomattoman kantavan kerroksen päältä 8.7.1996 (Tiel), sidotun kantavan kerroksen päältä 12.7.1996 (Tiel) ja valmiin päällysteen päältä 12.8.1996 (Tiel) ja 2.8.1996 (VTT). Tulokset on esitetty kuvissa 11-25 ja liitteessä 1 lukuarvoina. Kuvassa 1 on esitetty tehdyn mittauksen perusteella lasketut kantavuusarvot koko koerakennuskohteessa ja kuvissa 1-12 samat arvot koeosuuksittain. Kuvissa tunnus L on päällysteen lämpötila, joka on kuvan oikeassa alareunassa. Ko. kuvissa osuuksien numerointi poikkeaa aikaisemmasta siten, että maabetoniosuus on nimetty referenssiosuudeksi alkuperäisen suunnitelman mukaisesti ja seuraavat koeosuudet ovat 1-4. JUTIKKALA /FWD-mittaukset 7 6 Kantavuus [MPa] 5 4 3 2 L_8.7.-96 8.7.-96 L_12.7.-96 12.7.-96 L_12.8.-96 12.8.-96 L_2.8.-96 2.8.96 Rakenne 1 2 Ref.rakenne 35 Koerak. I 46 54 64 74 82 92 Koer. II Koer. III Koer. IV 14 21 29 26 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Paalu [m] Kuva 11. Kantavuusarvot sitomattoman kantavan kerroksen päältä mitattuna 8.7.1996, sidotun kantavan kerroksen päältä 12.7.1996 sekä valmiin päällysteen päältä 12.8.1996 ja 2.8.1996.

Jutikkalan koerakennuskohde 27 KANTAVUUSMITTAUKSET JUTIKKALA /FWD-mittaukset 7 6 Kantavuus [MPa] 5 4 3 2 L_8.7.-96 8.7.-96 L_12.7.-96 12.7.-96 L_12.8.-96 12.8.-96 L_2.8.-96 2.8.96 Rakenne 1 2 Ref.rakenne/MB 35 Koerak. I/BEST 46 14 21 29 26 15 2 25 3 35 4 45 5 Paalu [m] Kuva 12. Kantavuusarvot maabetoni- (referenssi) ja bitumiemulsiostabilointi koeosuuksilla (koerakenne I). JUTIKKALA /FWD-mittaukset 45 4 35 Kantavuus [MPa] 3 25 2 15 1 54 Koer. II/ABK32 (B-8) 64 Koer. III/ ABK32 (B-25) 74 L_8.7.-96 8.7.-96 L_12.7.-96 12.7.-96 L_12.8.-96 12.8.-96 L_2.8.-96 2.8.96 Rakenne 5 14 21 29 26 5 55 6 65 7 75 Paalu [m] Kuva 13. Kantavuusarvot ABK-koeosuuksilla.

28 Jutikkalan koerakennuskohde KANTAVUUSMITTAUKSET JUTIKKALA /FWD-mittaukset 7 6 Kantavuus [MPa] 5 4 3 2 L_8.7.-96 8.7.-96 L_12.8.-96 12.8.-96 L_2.8.-96 2.8.96 Rakenne 1 82 Koer. IV/Komposiitti 92 29 14 26 8 85 9 95 Paalu [m] Kuva 14. Kantavuusarvot komposiittikoeosuudella (IV). Sitomattoman kantavan kerroksen päältä mitatut kantavuudet vaihtelivat 8.7.1996 tehdyssä mittauksessa maabetonikoeosuudella välillä 122-186 MPa, keskiarvon ollessa 157 Mpa, BEST (B25)-osuudella välillä 133-186 MPa, keskiarvon ollessa 154 MPa, ABK32 (B8)-osuudella välillä 166-184 MPa, keskiarvon ollessa 172 MPa, ABK32 (B25)-osuudella välillä 128-211 MPa, keskiarvon ollessa 161 MPa ja komposiittikoeosuudella välillä 146-188 MPa, keskiarvon ollessa 173 MPa. Keskimääräinen mittauslämpötila oli tällöin 14 C. Sidotun kantavan kerroksen päältä mitatut kantavuudet vaihtelivat 12.7.1996 suoritetussa mittauksessa maabetoniosuudella välillä 251-35 MPa, keskiarvon ollessa 289 Mpa, BEST (B25)-osuudella välillä 185-219 MPa, keskiarvon ollessa 2 MPa, ABK (B8)-osuudella välillä 216-218 MPa, keskiarvon ollessa 217 MPa ja ABK (B25)-osuudella välillä 213-228 MPa, keskiarvon ollessa 219 Mpa. Komposiittiosuudelta ei ollut mittausarvoja. Keskimääräinen mittauslämpötila oli tällöin 21 C. Päällysteen päältä mitatut kantavuudet vaihtelivat 12.8.1996 suoritetussa mittauksessa maabetoniosuudella välillä 461-59 MPa, keskiarvon ollessa 519 Mpa. BEST (B25)-osuudella kantavuusarvot olivat välillä 332-376 MPa, keskiarvon ollessa 359 MPa, ABK (B8)-osuudella välillä 34-335 MPa, keskiarvon ollessa 315 MPa, ABK (B25)-osuudella välillä 37-323 MPa, keskiarvon ollessa 315 Mpa ja komposiittiosuudella välillä 424-477 MPa, keskiarvon ollessa 455 MPa. Keskimääräinen mittauslämpötila oli tällöin 29 C.

Jutikkalan koerakennuskohde 29 KANTAVUUSMITTAUKSET Päällysteen päältä mitatut kantavuudet vaihtelivat 2.8.1996 tehdyssä mittauksessa maabetoniosuudella välillä 4-647 MPa keskiarvon ollessa 516 MPa. BEST (B25)-osuudella arvot olivat välillä 37-488 MPa ja keskiarvo oli 41 MPa. ABK (B8)-osuudella arvot olivat vastaavasti välillä 345-417 MPa, keskiarvon ollessa 377 MPa ja ABK (B25)-osuudella välillä 312-397 MPa, keskiarvon ollessa 361 Mpa sekä komposiittiosuudella välillä 433-617 MPa keskiarvon ollessa 523 MPa. Keskimääräinen mittauslämpötila oli tällöin 26 C. Taulukossa 11 on esitetty mittaustulosten keskiarvot koeosuuksittain. Taulukko 11. Koeosuuksien pudotuspainomittausten keskiarvot. Mittaus / koeosuus Sitomaton kantava 8.7.1996, MPa Sidottu kantava 12.7.1996, MPa Päällyste 12.8.1996, MPa Päällyste 2.8.1996, Mpa Maabetoni 157 289 519 516 BEST (B25) 154 2 359 41 ABK32 (B8) 172 217 315 377 ABK32 (B25) 161 219 315 361 Komposiitti 173-455 523 Pudotuspainomittauksia voidaan analysoida tarkemmin eri taipumaindekseillä, jotka kuvaavat eri rakennekerrosten käyttäytymistä. Kuormituslevyn keskellä mitattu taipuma D kuvaa perinteistä kantavuusarvoa, D- D2 kuvaa suunnilleen sidottujen kerrosten käyttäytymistä, D-D45 sidottujen kerrosten+sitomattoman kantavan kerroksen käyttäytymistä ja lopuksi D9-D12 pohjamaan käyttäytymistä. Kuvissa 15-17 on esitetty indeksit mitattuna sitomattoman kantavan kerroksen päältä 8.7.1996, kuvissa 18 ja 2 indeksit mitattuna sidotun kantavan kerroksen päältä 12.7.1996, kuvissa 21-23 indeksit mitattuna valmiin päällysteen päältä 12.8.1996 ja kuvissa 24 25 indeksit mitattuna valmiin päällysteen päältä 2.8.1996.

3 Jutikkalan koerakennuskohde KANTAVUUSMITTAUKSET JUTIKKALA / FWD-mittauspvm. 8.7.1996 / Indeksit 13 Koeosuudet Pl. 2-35 ja 35-46 / Lämpöt. 14 o C Indeksi [µm] 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2 25 3 35 4 45 5 Paalu [m] D D - D2 D - D45 D9 - D12 Kuva 15. Taipuma-indeksit mitattuna sitomattoman kantavan kerroksen päältä 8.7.1996 maabetoni- ja bitumiemulsiostabilointiosuuksilla. JUTIKKALA / FWD-mittauspvm. 8.7.1996 / Indeksit 13 Koeosuudet 54-64 ja 64-74 / Lämpöt. 14 o C Indeksi [µm] 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 5 55 6 65 7 75 Paalu [m] D D - D2 D - D45 D9 - D12 Kuva 16. Taipuma-indeksit mitattuna sitomattoman kantavan kerroksen päältä 8.7.1996 ABK-koeosuuksilla.

Jutikkalan koerakennuskohde 31 KANTAVUUSMITTAUKSET JUTIKKALA / FWD-mittauspvm. 8.7.1996 / Indeksit 11 Koeosuus Pl. 82-92 / Lämpöt. 14 o C 1 9 8 Indeksi [µm] 7 6 5 4 3 D D - D2 D - D45 D9 - D12 2 1 8 85 9 95 Paalu [m] Kuva 17. Taipuma-indeksit mitattuna sitomattoman kantavan kerroksen päältä 8.7.1996 komposiittiosuudella. JUTIKKALA / FWD-mittauspvm. 12.7.1996 / Indeksit 9 Koeosuudet Pl. 2-35 ja 35-46 / Lämpöt. 21 o C 8 7 Indeksi [µm] 6 5 4 3 D D - D2 D - D45 D9 - D12 2 1 2 25 3 35 4 45 5 Paalu [m] Kuva 18. Taipuma-indeksit mitattuna sidotun kantavan kerroksen päältä 12.7.1996 maabetoni- ja BEST-osuudella.

32 Jutikkalan koerakennuskohde KANTAVUUSMITTAUKSET JUTIKKALA / FWD-mittauspvm. 12.7.1996 / Indeksit 8 Koeosuudet 54-64 ja 64-74 / Lämpöt. 21 o C 7 6 Indeksi [µm] 5 4 3 D D - D2 D - D45 D9 - D12 2 1 5 55 6 65 7 75 Paalu [m] Kuva 19. Taipuma-indeksit mitattuna sidotun kantavan kerroksen päältä 12.7.1996 ABK-koeosuuksilla. JUTIKKALA / FWD-mittauspvm. 12.8.1996 / Indeksit 5 Koeosuudet Pl. 2-35 ja 35-46 / Lämpöt. 29 o C 4 Indeksi [µm] 3 2 D D - D2 D - D45 D9 - D12 1 2 25 3 35 4 45 5 Paalu [m] Kuva 2. Taipuma-indeksit mitattuna valmiin päällysteen päältä 12.8.1996 maabetoni- ja BEST-osuudella.

Jutikkalan koerakennuskohde 33 KANTAVUUSMITTAUKSET JUTIKKALA / FWD-mittauspvm. 12.8.1996 / Indeksit 6 Koeosuudet 54-64 ja 64-74 / Lämpöt. 29 o C 5 Indeksi [µm] 4 3 2 D D - D2 D - D45 D9 - D12 1 5 55 6 65 7 75 Paalu [m] Kuva 21. Taipuma-indeksit mitattuna valmiin päällysteen päältä 12.8.1996 ABK-koeosuuksilla. JUTIKKALA / FWD-mittauspvm. 12.8.1996 / Indeksit 4 Koeosuus Pl. 82-92 / Lämpöt. 29 o C 35 3 Indeksi [µm] 25 2 15 D D - D2 D - D45 D9 - D12 1 5 8 85 9 95 Paalu [m] Kuva 22. Taipuma-indeksit mitattuna valmiin päällysteen päältä 12.8.1996 komposiittikoeosuudella.

34 Jutikkalan koerakennuskohde KANTAVUUSMITTAUKSET JUTIKKALA / FWD-mittauspvm. 2.8.1996 / Indeksit 6 Koeosuudet Pl. 2-35 ja 35-46 / Lämpöt. 26 o C 5 Indeksi [µm] 4 3 2 D D - D2 D - D45 D9 - D15 1 2 25 3 35 4 45 5 Paalu [m] Kuva 23. Taipuma-indeksit mitattuna valmiin päällysteen päältä 2.8.1996 maabetoni- ja BEST-osuudella. JUTIKKALA / FWD-mittauspvm. 2.8.1996 / Indeksit 7 Koeosuudet 54-64 ja 64-74 / Lämpöt. 26 o C 6 5 Indeksi [µm] 4 3 D D - D2 D - D45 D9 - D15 2 1 5 55 6 65 7 75 Paalu [m] Kuva 24. Taipuma-indeksit mitattuna valmiin päällysteen päältä 2.8.1996 ABK-koeosuuksilla.

Jutikkalan koerakennuskohde 35 KANTAVUUSMITTAUKSET JUTIKKALA / FWD-mittauspvm. 2.8.1996 / Indeksit 5 Koeosuus Pl. 82-92 / Lämpöt. 26 o C 45 4 35 Indeksi [µm] 3 25 2 D D - D2 D - D45 D9 - D15 15 1 5 8 85 9 95 Paalu [m] Kuva 25. Taipuma-indeksit mitattuna valmiin päällysteen päältä 2.8.1996 komposiittikoeosuudella.

Jutikkalan koerakennuskohde 37 SEURANTAMITTAUKSET 6 SEURANTAMITTAUKSET 6.1 Vastemittaukset Raskaan liikenteen aiheuttamaa liikennerasitusta eri rakenteisiin mitattiin 17-18.1.1996, 14.1.1998 ja 25.1.1999. Vuoden 1996 mittauksissa käytetty kuorma-auto oli täysperävaunullinen Sisu SM3. Kuvassa 26 on esitetty vuoden 1996 vastemittauksissa käytetty kuorma-autotyyppi ja käytetyt akselipainot sekä rengasvaihtoehdot. Kuvassa 27 on esitetty vuoden 1998 mittauksissa käytetyn kuorma-auton vastaavat ominaisuudet Yksittäispyörä Paripyörä Yksittäispyörä 1 2 3 4 41 54 148 Akseli 1 Akseli 2 Akseli 3 Akseli 4 Akseli 5 Auto1 (J1) 7 18 85 8 115 Auto2 (J2) 7 18 85 1 1 Auto3 (J3) 7 18 85 115 8 Kuva 26. Jutikkalan mittauksissa käytetty kuorma-autotyyppi ja toteutuneet akselipainot (kn). Vuoden 1996 mittauksissa akselien lukumäärä oli viisi. Mittaukset tehtiin kolmella eri akselipainolla 8, 1 ja 115 kn. Tutkittavat rengastyypit olivat paripyörä ja yksittäispyörä (super-single). Päällysteen lämpötila mittauksissa oli +3 +7 C. Kuorma-auton ajonopeus oli 5 km/h. Vuoden 1998 mittauksissa paripyörälle pyrittiin saamaan akselipainoiksi 1 ja 115 kn. Päällysteen lämpötila oli +4 + 9 C. Viimeinen mittaus tehtiin 25.1.1999 kaksiakselisella kuorma-autolla, jonka etuakselin paino oli 37 kn ja taka-akselin paino 11 kn.

38 Jutikkalan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET Yksittäispyörä (12R22,5) Paripyörä (12R22,5) Yksittäispyörä (385R22,5) 1 2 3 37 112 Akseli 1 Akseli 2 Akseli 3 Auto1 (J4) 52 12 1 Auto2 (J5) 54 118 86 Kuva 27. Kuorma-autotyyppi ja toteutuneet akselipainot vuoden 1998 mittauksissa. Kuvissa 28 ja 29 on otettu esimerkkinä antureiden tulostuksesta koeosuuden ABK (B8) anturi J31 vuoden 1996 mittauksista. Kuvassa 28 on esitetty vetovaunun paripyörien aiheuttama muodonmuutoskuvio sidotun kantavan kerroksen alapinnassa. Kuvassa 29 on esitetty perävaunun yksittäispyörän aiheuttamana vastaava muodonmuutoskuvio sidotun kantavan kerroksen alapinnassa. Kuva 28. Paripyörän aiheuttamat muodonmuutokset sidotun kantavan kerroksen alapinnassa.

Jutikkalan koerakennuskohde 39 SEURANTAMITTAUKSET Kuva 29. Yksittäispyörän aiheuttamat muodonmuutokset sidotun kantavan kerroksen alapinnassa. Kuvassa 3 on esitetty maabetonialueen vuoden 1996 mittausten mukaiset sidotun kantavan kerroksen alapinnan venymät eri pyöräkuormilla. Kuvassa on esitetty erikseen paripyörän ja yksittäispyörän aiheuttamat venymät. Yksittäispyörä aiheutti asfalttikerroksen alapintaan noin 25 % suuremmat venymät kuin vastaavan painoinen paripyörä. Standardi-akseli aiheutti kummallekin rakenteelle asfalttikerroksen alapintaan noin 1 µs venymän 5 C lämpötilassa. Vuoden 1996 alkumittauksissa venymät ABK32 (B8)-massalla olivat tasolla 9-11 µs ja ABK32 (B25)-massalla tasolla 9-12 µs. Sen sijaan antureiden käyttäytyminen oli epäjohdonmukaista seurantamittauksissa. Vuosien 1998 ja 1999 jatkomittauksissa antureiden antamat venymät ovat huomattavasti pienentyneet lähes kaikilla antureilla. Venyvät pienenivät molemmilla alueilla tasolle 2-5 µs. Ainoastaan ABK32 (B25)-alueella yksi anturi (J44) on toiminut oletetulla tavalla koko mittausjakson ja sen mukaan venymätaso on pysynyt alkuperäisellä tasolla tai kasvanut vain hieman. Myös ABK32 (B8)-alueen yksi anturi (J35) toimi kaksi vuotta samalla tavalla ja tämänkin mukaan venymätaso pysyi alkuperäisellä tasolla. Epäjohdonmukaisen käyttäytymisen aiheutti se, että kuormituksen aiheuttamat venymät rakenteen alapintaan eivät ole välittyneet antureiden venymäliuskoihin. Syynä voivat olla ABK-kerroksen alapintaan syntyneet halkeamat tai itse anturin irtoaminen liimauksesta tai venymäliuskan osittainen irtoaminen liimauksestaan. Kysyistä tekniikkaa on käytetty monissa kohteissa useiden vuosien ajan, eikä aiemmin ole havaittu anturin tai venymäliuskan irtoamista liimauksistaan. Seurantamittauksia ei tehty, koska maabetonirakenne purettiin vaurioitumisen takia vuonna 1997.

4 Jutikkalan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET 16 Sidotun kantavan kerroksen alapinnan venymän riippuvuus akselipainosta, MB Venymä [µs] 14 12 1 8 6 4 2 Yksittäispyörä (385R22,5) Paripyörä (2*12R22,5) 2 4 6 8 1 12 14 Akselipaino [kn] Kuva 3. Maabetonin alapinnan venymän riippuvuus pyörätyypistä ja akselipainosta. Kuvissa 31-34 on esitetty mittausvuosittain sidotun kantavan kerroksen alapinnan venymät eri pyörätyypeillä ja akselipainoilla. Jutikkala alue 2, Bitumiemulsiostabilointi. 3 Venymä [µs] 25 2 15 1 5 Yksittäispyörä 1996 Paripyörä 1996 Yksittäispyörä 1998 Paripyörä 1998 Paripyörä 1999 5 1 15 Akselipaino [kn] Kuva 31. Bitumiemulsiostabilointirakenteen alapinnan venymän riippuvuus pyörätyypistä ja akselipainosta mittausvuosittain.

Jutikkalan koerakennuskohde 41 SEURANTAMITTAUKSET Jutikkala alue 3, ABK (B-8). Venymä [µs] 14 12 1 8 6 4 2 Yksittäispyörä 1996 Paripyörä 1996 Yksittäispyörä 1998 Paripyörä 1998 Paripyörä 1999 5 1 15 Akselipaino [kn] Kuva 32. ABK32 (B8) - kerroksen alapinnan venymän riippuvuus pyörätyypistä ja akselipainosta mittausvuosittain. Jutikkala alue 4, ABK (B-25). Venymä [µs] 18 16 14 12 1 8 6 4 2 Yksittäispyörä 1996 Paripyörä 1996 Yksittäispyörä 1998 Paripyörä 1998 Paripyörä 19995 1 15 Akselipaino [kn] Kuva 33. ABK32 (B25) - kerroksen alapinnan venymän riippuvuus pyörätyypistä ja akselipainosta mittausvuosittain.

42 Jutikkalan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET Jutikkala alue 5, Komposiitti. Venymä [µs] 1 8 6 4 2 Yksittäispyörä 1996 Paripyörä 1996 Yksittäispyörä 1998 5 1 15 Akselipaino [kn] Kuva 34. Komposiittirakenteen asfalttikerroksen alapinnan venymän riippuvuus pyörätyypistä ja akselipainosta eri vuosina. Kuvissa 35-38 on esitetty kerroksen alapinnan venymän kehitys paripyörän (1 kn) alla. Kuviin on otettu 3-5 anturin mittaustulokset. Bitumiemulsiostabilointialueen venymissä on havaittavissa uudelleenpäällystyksen venymiä pienentävä vaikutus vuoden 1998 mittauksista alkaen. Bitumiemulsio- ja komposiittialueilla sidotun kantavan kerroksen alapinnan mitatut venymät olivat hyvin johdonmukaiset ja kuvasivat rakenteen käyttäytymistä kuormituksen alaisena (kuvat 35 ja 38). Venymät paripyörän (1 kn) alla olivat komposiittialueella 5-7 µs ja bitumiemulsioalueella ennen uudelleenpäällystämistä 19-21 µs ja uudelleenpäällystämisen jälkeen 11-13 µs.

Jutikkalan koerakennuskohde 43 SEURANTAMITTAUKSET 25 Venymän kehitys paripyörän (1kN) alla Venymä [ S] 2 15 1 J21 J22 J24 5 1995 1996 1997 1998 1999 2 Vuosi Kuva 35. Bitumiemulsiostabilointikerroksen alapinnan venymän kehitys paripyörän (1 kn) alla. 25 Venymän kehitys paripyörän (1kN) alla ABK (B-8)- alueella. Venymä [ S] 2 15 1 5 J31 J32 J33 J34 J35 1995 1996 1997 1998 1999 2 Vuosi Kuva 36. ABK32 (B8) - kerroksen alapinnan venymän kehitys paripyörän (1 kn) alla.

44 Jutikkalan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET 25 Venymän kehitys paripyörän (1kN) alla ABK (B-25)- alueella. Venymä [ S] 2 15 1 J42 J44 J45 J46 5 95 96 97 98 99 1 Vuosi Kuva 37. ABK32 (B25) - kerroksen alapinnan venymän kehitys paripyörän (1 kn) alla. 25 Venymän kehitys paripyörän (1kN) alla komposiittialueella 2 Venymä [ S] 15 1 J61 J64 J65 5 1995 1996 1997 1998 1999 2 Vuosi Kuva 38. Komposiittirakenteen alapinnan venymän kehitys paripyörän (1 kn) alla. Sen sijaan ABK-alueilla antureiden käyttäytyminen oli epäjohdonmukaista seurantamittauksissa. Vuosien 1998 ja 1999 mittauksissa antureiden antamat venymät olivat huomattavasti pienentyneet lähes kaikilla antureilla. Kuormituksen aiheuttamat venymät rakenteen alapintaan eivät välittyneet antureiden venymäliuskoihin. Syinä tähän voivat olla ABK-kerroksen ala-

Jutikkalan koerakennuskohde 45 SEURANTAMITTAUKSET pintaan syntyneet halkeamat tai koko anturin irtoaminen liimauksestaan tai venymäliuskan osittainen irtoaminen liimauksestaan. Kyseistä tekniikkaa on käytetty monissa kohteissa useiden vuosien ajan, eikä koskaan ole havaittu anturin tai venymäliuskan irtoamista liimauksistaan. Jos syynä oli sidotun kantavan kerroksen alapinnan halkeamat, on rakenne alkanut vaurioitua ja sillä on vaikutusta koko rakenneratkaisun kestoikään. Vuoden 1996 mittauksissa venymät ABK32 (B8)-alueella olivat tasolla 9-11 µs ja ABK32 (B25)-alueella tasolla 9-12 µs. Seurantamittauksissa venyvät pienenivät molemmilla alueilla tasolle 2-5 µs. Ainoastaan ABK32 (B25)-alueella yksi anturi (J22) toimi oletetulla tavalla koko ajan ja sen mukaan venymä oli pysynyt alkuperäisellä tasollaan tai kasvanut vain hieman (kuva 37). Myös ABK32 (B8)-alueen yksi anturi (J35) toimi kaksi vuotta samalla tavalla ja tämänkin mukaan venymä oli pysynyt alkuperäisellä tasollaan (kuva 36). Kuvassa 39 on esitetty eri koeosuuksien sidotun kantavan kerroksen alapinnan venymä paripyörän (standardiakseli) alla alkumittauksissa 1996 ja kuvassa 4 loppumittauksissa 1999. Venymä paripyörän (1kN) alla 1996 Venymä [µs] 25 2 15 1 5 Alue 1 (Maabetoni) Alue 2 (Bitumistabilointi) Alue 3 (ABK (B-8)) Alue 4 (ABK ( B-2)) Alue 5 (Komposiitti) Kuva 39. Sidotun kantavan kerroksen alapinnan venymät vuonna 1996.

46 Jutikkalan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET Venymä paripyörän (1kN) alla 1999 Venymä [µs] 25 2 15 1 5 Alue 2 (Bitumistabilointi) Alue 3 (ABK (B-8)) Alue 4 (ABK ( B-2)) Alue 5 (Komposiitti) Kuva 4.Sidotun kantavan kerroksen alapinnan venymät vuonna 1999. Vuoden 1996 mittauksissa bitumiemulsiostabiloidun kerroksen alapinnan venymä on mitattu ennen uudelleen päällystämistä, jonka jälkeen venymä oli samalla tasolla kuin loppumittauksissa eli noin 12 µs paripyörän akselipainolla 1 kn. Komposiittialueelta mitatut venymät olivat kaikissa mittauksissa samalla tasolla välillä 59-66 µs antureiden keskiarvoina laskettuna. ABK32-alueiden vuoden 1999 venymien keskiarvot olivat alhaiset joko alapinnan halkeamien tai antureiden liimauksesta irtoamisen johdosta. Molempien vaurioitumaton venymätaso olisi lähellä alkuperäistä tasoa eli noin 1-11 µs. Mikäli ABK-rakenteen alapintaan oli syntynyt halkeamia, on sillä luonnollisesti vaikutusta ko. rakenneratkaisun kestoikään ja toimintaan. Alueilla ei kuitenkaan ollut havaittavissa minkäänlaisia vaurioita päällysteen pinnassa. 6.2 Tasaisuusmittaukset Kohteen ensimmäinen palvelutasomittaus tehtiin 15.1.1996. Seurantamittaus tehtiin 1.9.1998. Mitattuja parametreja olivat pituussuuntainen tasaisuus ja pinnan karkeus. Pituussuuntainen tasaisuus määritettiin mittaamalla tien pituusprofiili. Pituusprofiilissa näkyvät epätasaisuudet, joiden aallonpituus on noin,5 4 m. Tästä mitatusta profiilista voidaan laskea tasaisuutta kuvaavat tunnusluvut (IRI4- ja IRI-arvo). IRI4 kuvaa epätasaisuutta, jonka aallonpituus on noin,5 4 m ja IRI:n,5 3 m. Tämän lisäksi määritettiin ns. megakarkeus, joka kuvaa lyhytaaltoista (5 5 mm) epätasaisuutta. Pinnan karkeus mitattiin makrokarkeutena (aallonpituus 1 5 mm).

Jutikkalan koerakennuskohde 47 SEURANTAMITTAUKSET Kuvassa 41on esitetty mitatut IRI-arvot koeosuuksilta. Komposiittiosuudella vuoden 1996 tulokset eivät ole vertailukelpoiset muiden tulosten kanssa, koska keskeneräisen työmaan vuoksi ei voitu ajaa koealueen läpi vaan jouduttiin jarruttamaan ennen osuuden loppua. Nopeuden muutoksen vaikutus näkyy myös selvästi vuoden 1996 pituusprofiilissa. Koska koeosuudet eivät olleet täysien satojen metrien mittaisia, ei IRI4-tuloksia saatu sen hetkisellä tulostusohjelmalla. Tulokset lukuarvoina on esitetty liitteessä 2. Uuden päällysteen laatuvaatimus IRI:lle on 1,6 mm/m. Koeosuuksista vain BEST-osuus täytti tasaisuusvaatimuksen. Syynä huonohkoon tasaisuuteen oli todennäköisesti kulutuskerroksen liian karkea kiviaines. Huomattavaa oli tasaisuuden selkeä parantuminen maabetoni- ja BESTosuuksilla vuoden 1998 mittauksissa verrattuna vuoden 1996 mittauksiin. Tämä johtui päällysteen uusimisesta. Jostakin syystä ABK32 (B25)-alueen tasaisuus huononi selkeästi, kun taas kaikilla muilla alueilla tasaisuus parani. 2,5 2 Mittaus 96 Mittaus 98 IRI-arvo, mm/m 1,5 1,5 MB BEST ABK (B2) ABK (B25) Komposiitti Koeosuus Kuva 41. Koeosuuksien IRI-arvot. Tasaisuudeltaan koekohteiden välillä oli jonkin verran eroja pituusprofiilien muotojen tarkastelun perusteella. Kuvissa 42-46 on esitetty mitatut pituusprofiilit.

48 Jutikkalan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET 3 2 Profiili 15/1/1996 1 18 2 22 24 26 28 3 32 34 36-1 Profiili 1/9/1998-2 Profiili 15/1/1996-3 Kuva 42. Maabetonikoealueen pituusprofiilit. 4 3 2 Profiili 15/1/1996 1 Profiili 1/9/1998 33 35 37 39 41 43 45 47-1 -2 Profiili 15/1/1996-3 Kuva 43. BEST-koealueen pituusprofiilit.

Jutikkalan koerakennuskohde 49 SEURANTAMITTAUKSET 3 Profiili 15/1/1996 2 1 62 64 66 68 7 72 74 76-1 Profiili 1/9/1998-2 Profiili 15/1/1996-3 Kuva 44. ABK (B8)-koealueen pituusprofiilit. 3 2 Profiili 15/1/1996 1 52 54 56 58 6 62 64 66-1 Profiili 1/9/1998-2 Profiili 15/1/1996-3 Kuva 45. ABK (B25)-koealueen pituusprofiilit.

5 Jutikkalan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET 25 2 15 Profiili 15/1/1996 1 5 8 82 84 86 88 9 92 94 Profiili 1/9/1998-5 -1-15 Profiili 15/1/1996-2 -25 Kuva 46. Komposiittikoealueen pituusprofiilit. Kuvassa 47 on esitetty esimerkkinä komposiittikoeosuuden megakarkeusarvot pituusprofiilina ja kuvassa 48 vastaavan alueen makrokarkeusarvot. Liitteissä 3 ja 4 on esitetty kaikkien alueiden tulokset. Vuoden 1996 mittauksissa millään koeosuudella ei esiintynyt lyhytaaltoista epätasaisuutta; megakarkeusarvo oli melko alhainen (noin,4 mm). Koeosuudella 3 oli yksi kohta (paalu 58 m), jolla oli yksittäinen hieman korkeampi megakarkeuspiikki (,7 mm).

Jutikkalan koerakennuskohde 51 SEURANTAMITTAUKSET 1,9,8,7 Megakarkeus, mm,6,5,4,3 Max 1 Ka 1 Min 1 Max 2 Ka 2 Min 2,2,1 8 82 84 86 88 9 92 94 Matka, m Kuva 47. Komposiittialueen megakarkeus vuoden 1996 mittauksissa.,8,7,6 Makrokarkeus, mm,5,4,3 Max 1 Ka 1 Min 1 Max 2 Ka 2 Min 2,2,1 8 82 84 86 88 9 92 94 Matka, m Kuva 48. Komposiittialueen makrokarkeus vuoden 1996 mittauksissa. Megakarkeuden osalta vuoden 1996 mittauksissa referenssiosuuden (maabetoni) alussa oli heittoja 6 m matkalla. ABK (B8)-osuudella oli heittoja osuuden keskivaiheilla. Megakarkeusarvot ko. 1 metrin jaksoilla olivat noin,6,7 mm, mikä oli korkeahko, mutta ei kuitenkaan vielä niin paha epätasaisuus, että se tuntuisi autoilijasta epämukavalta. Makrokarkeuden keskiarvo jokaisella koeosuudella oli noin,4 mm. ABK (B8)-osuudella oli samassa kohdassa korkean megakarkeusarvon kanssa

52 Jutikkalan koerakennuskohde SEURANTAMITTAUKSET myös korkea makrokarkeusarvo. Tässä kohdassa päällysteessä oli ilmeisesti jonkinlainen vaurio tai muodonmuutos. Vuoden 1996 mittauksissa mitattiin erikseen myös sivukaltevuudet ajonopeudella 4 km/h neljänä erillisenä mittauksena oikealta ajokaistalta. Tulokset on esitetty osuuksittain liitteessä 5 ja kuvassa 49 on esitetty koekohde kokonaisuudessaan. 6, 5, Sivukaltevuus, % 4, 3, 2, 1,, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Matka, m Kuva 49. Koerakenteiden sivukaltevuudet oikealla ajokaistalla vuoden 1996 mittauksissa. 6.3 Vauriokartoitus 6.3.1 Maabetonistabilointi Maabetonikoealueella havaittiin ensimmäiset vauriot myöhäissyksyllä noin pari kuukautta sen jälkeen, kun koetie oli avattu liikenteelle. Kyseinen syksy ja alkutalvi olivat hyvin sateiset ja lämpötila vaihteli nollan molemmin puolin usein. Vauriot pahenivat hyvin nopeasti molemmilla ajourilla koko alueen pituudella niin, että urat painuivat kuopille ja päällyste oli niiden kohdalta täysin verkkohalkeamilla ja osin purkautunut. Vauriot olivat niin pahat, että ajourat paikattiin tilapäisesti ja vaurioiden kasvaessa koko maabetoniosuus jouduttiin purkamaan muutaman kuukauden jälkeen 19.2.1997 ja päällystämään uudelleen. Koealueesta otettiin porakappaleita sekä päällysteestä että maabetonista vaurioiden ilmestyessä. Päällysteestä otettiin 12 näytettä ja porausta jatkettiin maabetonin läpi. Maabetonista saatiin ehjänä ainoastaan kaksi näytettä. Päällystenäytteistä määritettiin tyhjätila ja päällysteen tiheys.