MAA- JA TIENRAKENNUSTUOTTEET

A part of SSAB MAA- JA TIENRAKENNUSTUOTTEET LD-masuunihiekka, LD-MaHk Suunnittelu- ja rakentamisperusteet Hyvän lämmöneristyksen ja kantavuuden ansiosta LDMaHk-tuotteella voidaan tehdä ohuempia rakenteita kuin luonnonkiviaineksilla. LD-MaHk:sta tehtyjen rakenteiden kantavuus lisääntyy ajan kuluessa sitoutumisen seurauksena. Muut tekniset ominaisuudet eivät muutu. Käyttökohteet tie- ja katurakenteet piha- ja kenttärakenteet stabiloinnit (sideaineena) pehmeikkörakenteet

1 JOHDANTO... 3 2 LD-MASUUNIHIEKAN VALMISTUS... 4 2.1 Masuunihiekan valmistusprosessi... 4 2.2 Teräskuonan valmistusprosessi... 5 2.3 LD-masuunihiekan valmistusprosessi... 5 3 MATERIAALITEKNISET OMINAISUUDET... 7 3.1 Kemialliset ominaisuudet... 7 3.1.1 Koostumus... 7 3.1.2 Paisumisominaisuus... 7 3.2 Tekniset maarakennusominaisuudet... 7 3.2.1 Fysikaaliset ominaisuudet... 7 3.2.1.1 Rakeisuus... 7 3.2.1.2 Tilavuuspaino ja vesipitoisuus... 9 3.2.1.3 Tiivistettävyys... 9 3.2.2 Hydrauliset ominaisuudet... 10 3.2.2.1 Vedenläpäisevyys... 10 3.2.2.2 Kapillaarisuus... 10 3.2.2.3 Veden adsorptio... 10 3.2.3 Lämpötekniset ominaisuudet ja routivuus... 11 3.2.3.1 Lämmönjohtavuus... 11 3.2.3.2 Vastaavuuskerroin... 11 3.2.3.3 Routivuus... 12 3.2.4 Mekaaniset ominaisuudet... 13 3.2.4.1 Kimmomoduuli ja Odemarkin kantavuusmitoituksen moduuli... 13 3.2.4.2 Takaisinlaskettu Odemarkin kantavuusmitoituksen moduuli... 14 3.2.4.3 Kitkakulma ja koheesio... 16 3.2.4.4 CBR-arvo... 16 3.3 Sitoutuminen... 17 3.4 Materiaaliparametrit... 17 4 MAARAKENTEIDEN SUUNNITTELU JA MITOITUS... 19 4.1 Suunnittelun ja mitoituksen perusteet... 19 4.2 Kuivatus... 20 4.3 Alusrakenne... 20 4.4 Päällysrakenne... 20 4.4.1 Penkereet ja täytöt... 20 4.4.2 Suodatinkerros... 21 4.4.3 Jakava kerros... 21 4.4.4 Kantava kerros... 21 4.4.5 Päällyste... 21 4.5 Tie- ja katurakenteen mitoitus... 22 4.5.1 Kantavuusmitoitus... 22 4.5.2 Routamitoitus... 22 4.5.2.1 Routamitoitus tiehallinnon routanousun laskentakaavalla... 23 4.5.2.2 Routamitoitus segregaatiopotentiaaliteoriaan perustuvilla routanousun laskentaohjelmilla... 23 4.6 Mitoitusesimerkki... 24 4.6.1 Mitoitusesimerkki Tiehallinnon ohjeiden mukaisesti... 24 4.6.2 Mitoitusesimerkki Katu 2002 ohjeen mukaisesti... 25 4.7 LD-masuunihiekkarakenne Oulun kaupungin katujen tyyppirakenteena... 26 Sivu 1 / 55

5 STABILOINTI... 30 5.1 Yleistä LD-masuunihiekkastabiloinnista... 30 5.2 LD-masuunihiekan käytön perusteet stabiloinnissa... 30 5.3 Stabilointimassan koostumus... 30 5.4 Suunnittelu ja mitoitus... 31 5.5 Mitoitusesimerkki... 33 5.6 Stabilointityö... 34 6 RAKENTAMISEN TYÖSELITYS... 35 6.1 LD-masuunihiekka tie-, katu- ja maarakenteissa... 35 6.1.1 Ohjeen soveltaminen... 35 6.1.2 Varastointi, käsittely ja kuljetus... 35 6.1.3 Kuivatus ja alusrakenne... 35 6.1.4 Päällysrakenne... 36 6.1.4.1 Penkereet ja täytöt... 36 6.1.4.2 Suodatinkerros... 36 6.1.4.3 Jakava kerros... 36 6.1.4.4 Siirtymärakenteet... 36 6.1.4.5 Rakentamisen laadunvalvonta... 37 6.2 LD-masuunihiekkastabilointi... 37 6.2.1 Ohjeen soveltaminen... 37 6.2.2 Alusta... 37 6.2.3 LD-masuunihiekan levitys ja stabilointijyrsintä... 37 6.2.4 Tasaus ja tiivistys... 37 7 JOHTOPÄÄTÖKSET... 39 8 KIRJALLISUUS... 40 LIITTEET Analyysikooste, LD-masuunihiekka (50/50)... Liite 1 Takalaanilan koerakenteet... Liite 2 LD-masuunihiekkarakenteen mitoitusesimerkki, Tiehallinto... Liite 3 LD-masuunihiekkarakenteen mitoitusesimerkki, Oulun kaupunki... Liite 4 Siirtymärakenteet... Liite 5 Rakenne hyllyllä, erillinen JP-tie... Liite 6 Sivu 2 / 55

1 JOHDANTO SSAB Europe Oy:n tehtaalla Raahessa tuotetaan vuosittain noin 140 000-150 000 tonnia teräskuonaa (LD) ja 420 000-440 000 tonnia masuunihiekkaa (MaHk). Masuunihiekkaa on jo pitkään käytetty maarakentamisessa. Ajoittain masuunihiekan kysyntä on ollut niin suurta, että kaikkiin asiakastarpeisiin ei ole pystytty vastaamaan. Toisaalta teräskuonaa olisi mahdollista käyttää enemmänkin maarakentamiseen yhdessä masuunihiekan kanssa. Molemmilla perustuotteilla on samanlaisia hyviä ominaisuuksia: sitoutumisominaisuus hydratoitumisreaktion ansiosta ja luonnonmateriaaleja pienempi lämmönjohtavuus. Näistä lähtökohdista on syntynyt ajatus tuoda markkinoille uusi tuote, LD-masuunihiekka (LD-MaHk). LD-masuunihiekkaa valmistetaan seossuhteissa 10/90, 30/70 ja 50/50. Näin ollen SSAB Europe Oy voi jatkossa toimittaa markkinoille masuunihiekan lisäksi uutta tuotetta, jolla on masuunihiekan tyyppiset maarakentamisominaisuudet. Lisääntyvä tuotetarjonta antaa asiakkaille paremman varmuuden tuotteiden saatavuudesta jo maarakenteiden suunnitteluvaiheessa. LD-masuunihiekkaseoksesta käytetään lyhennettä LD-MaHk ja LD-masuunihiekkastabiloinnista lyhennettä LD-MaHk St1 ja LD-MaHk St2, jos aktivaattorina käytetään sementtiä. SSAB Europe Oy:n terästeollisuuden kuonista valmistetut tuotteet ovat laadukkaita maarakennusmateriaaleja, joita valmistetaan raudan- ja teräksenvalmistuksessa syntyvästä kuonasta. Kuonatuotteiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet on tutkittu laboratoriossa ja hyvät maarakennusominaisuudet ovat varmistuneet lukuisissa rakentamiskohteissa. Prosesseista saatavia kuonia jalostetaan siten, että niiden tekniset ominaisuudet vastaavat mahdollisimman hyvin maarakentamisen tarpeita. Tuotteiden ympäristökelpoisuus on varmistettu liukoisuuskokeilla, joiden perusteella liukoisuudet alittavat maarakennusmateriaalien raja-arvot. Masuunihiekalla on CE-merkintä perustuen standardiin EN 13242. Tuotteiden laadunvalvonta perustuu EN-standardien vaatimuksiin. Sen myötä tuotteille tehdään jatkuvaa laadunvarmistusta, jolla varmistetaan tuotteiden maarakentamisominaisuudet ja ympäristökelpoisuus. Tätä ohjetta voidaan käyttää apuna SSAB Europe Oy:n LD-masuunihiekasta tehtävien rakenteiden suunnittelussa ja rakentamisessa. LD-masuunihiekan potentiaalisia käyttökohteita ovat tie-, katu- ja piharakenteiden rakennekerrokset. Tässä ohjeessa on määritetty Liikenneviraston ja katurakentamisen ohjeistuksen mukaiset maarakenteiden suunnitteluparametrit. Ohjeessa on kuvattu maarakenteiden mitoittaminen ja esitetty mitoitusesimerkkejä. Lisäksi ohjeessa on annettu rakentamisen työselitys. LD-masuunihiekan sekoitussuhteet 10/90 Valmis tuote sisältää 10 % teräskuonaa ja 90 % masuunihiekkaa 30/70 Valmis tuote sisältää 30 % teräskuonaa ja 70 % masuunihiekkaa 50/50 Valmis tuote sisältää 50 % teräskuonaa ja 50 % masuunihiekkaa Sivu 3 / 55

2 LD-MASUUNIHIEKAN VALMISTUS 2.1 Masuunihiekan valmistusprosessi Masuunihiekka (MaHk) on raakaraudan valmistuksen yhteydessä tuotettava sivutuote, jonka kemialliset ominaisuudet riippuvat masuuniprosessista sekä siinä käytettävistä raaka- ja sivuaineista. Masuunissa 1400-1500 C lämpötilassa rautamalmin sivukivien oksidit reagoivat masuuniin lisätyn kalkin kanssa muodostaen kuonakerroksen sulan raudan päälle. Kuonan koostumus on pidettävä tasaisena masuunin oikean toiminnan vuoksi. Masuunihiekka muistuttaa rakeisuudeltaan luonnonhiekkaa ja sen tärkeimmät ominaisuudet tienrakentamisen kannalta ovat sen lämmöneristys- ja sitoutumiskyky. Raahen terästehtaalla valmistettiin vuonna 2011 masuunikuonaa noin 450 000 tonnia, josta noin 91 % granuloitiin vesijäähdytyksellä masuunihiekaksi. Masuunihiekkaa käytetään nykyisin rakenteissa pääosin sellaisenaan. Käyttökohteita ovat tienrakennus, sementtiteollisuus sekä maan parannus / 3/. Masuunihiekka valmistetaan granuloimalla eli vesijäähdyttämällä sulaa masuunikuonaa. Raahessa granulointi tehdään suoragranulointilaitoksessa, jonka etuna ovat tuotteen tasalaatuisuus (Kuva 1). 2,5 barin vesipaineella tapahtuvan granuloinnin tuloksena saadaan 0-5 mm raekooltaan olevaa lasimaista ja huokoista materiaalia. Masuunikuonan lasimaisuusaste on yleensä noin 98-100 %. Kuva 1. Masuunikuonan suoragranulointiprosessi SSAB Europe Oy:n Raahen tehtaalla. Sivu 4 / 55

2.2 Teräskuonan valmistusprosessi Teräskuonaa (LD) valmistetaan teräskuonakonvertterissa raakaraudan hiilipitoisuutta laskettaessa (kuva 2). Yleensä hiilipitoisuus laskee prosessissa yli 4 %:sta noin 0,05 %:iin. Raahessa raakarauta tulee konvertterille rikinpoistoaseman ja miksereiden kautta. Konvertterissa sulan pinnalle puhallettava happi muodostaa raudan epäpuhtauksien sekä kuonanmuodostajien ja lisäaineiden kanssa kuonan. Kuva 2. Teräskuonan valmistusprosessi SSAB Europe Oy:n Raahen tehtaalla. Yleisimmin käytetty kuonanmuodostaja on poltettu kalkki (CaO) tai dolomiittikalkki (CaO MgO). Konvertterin kuonanmuodostuksen tavoite on saavuttaa pehmeä ja kuohuva kuona mahdollisimman aikaisessa vaiheessa puhallusta. Tällöin mellotus tehostuu, epäpuhtauksien poisto alkaa nopeasti sekä vuorauksen kuluminen hidastuu. Konvertterilta kuona siirretään siirtosenkoilla ilmajäähdytyspaikalle. Kuonan jäähtyminen kestää useita päiviä, minkä jälkeen kuona louhitaan irti koneellisesti ja murskataan. Murskauksen ja metallinerotuksen jälkeen kuonatuotteet seulotaan haluttuihin jakeisiin ja siirretään vanhentumaan kasoihin. 2.3 LD-masuunihiekan valmistusprosessi LD-masuunihiekkaa (LD-MaHk) valmistetaan seossuhteissa 10/90, 30/70 ja 50/50. Masuunihiekan ja teräskuonan sekoittamisessa pyrkimyksenä on tuotteiden hyvien ominaisuuksien yhdistäminen. Seoksessa teräskuona toimii aktivaattorina masuunihiekan lujittumisreaktiossa. Masuunihiekkaa lisäämällä saadaan teräskuonan paisuminen hallintaan. Masuunihiekan hyvät adsorptio-ominaisuudet auttavat sitomaan teräskuonasta liukenevia sulfaattiyhdisteitä. Teräskuonan karkeampi raekoko ja kiviaineksen laatu lisäävät seoksen kantavuutta ja kulutuskestävyyttä. Masuunihiekan ja teräskuonan sekoitusprosessi SSAB Europe Oy:n Raahen tehtaalla on esitetty kuvassa 3. Sivu 5 / 55

Kuva 3. Masuunihiekan ja teräskuonan sekoitusprosessi SSAB Europe Oy:n Raahen tehtaalla. Laadunvalvonnassa LD-masuunihiekasta otetaan 7 kg näyte 1000 t kohden. Näytteet yhdistetään 5000 t näytteeksi, jolloin näytemäärä on 35 kg. Jos seosta tehdään vähemmän kuin 5000 t, niin tällöin otetaan näytettä siten, että kokonaisnäytemäärä on 35 kg. Näytteestä määritetään rakeisuus, koostumus (XRF) ja liukoisuus standardin SFS-EN 12567-3 mukaisesti. Lisäksi tapauskohtaisesti tehdään myös muut tarvittavat tekniset määritykset, esim. kiintotiheys, LA -luku ja tilavuuden pysyvyys. Sivu 6 / 55

3 MATERIAALITEKNISET OMINAISUUDET 3.1 Kemialliset ominaisuudet 3.1.1 Koostumus Masuunihiekka on huokoinen, hydraulisesti sitoutuva lasimainen materiaali. Masuunihiekan kemiallinen koostumus määräytyy masuuniprosessista sekä käytettävistä raaka- ja lisäaineista. Masuunihiekan pääkomponentit ovat piin, kalsiumin, alumiinin ja magnesiumin oksidit, joista myös raaka-aineraudan sivukivi pääasiassa koostuu. Lisäksi esiintyy pieniä määriä rikkiä, titaania, alkaaleja ja mangaania, joista etenkin rikki vaikuttaa masuunihiekan kemiallisiin ominaisuuksiin. Raahen teräskuona koostuu pääasiassa di- ja trikalsiumsilikaateista, dikalsiumferriiteistä, wustiitista sekä kalkista. Myös metalleja sekä kalsiumvanadiniittia esiintyy. Kalkki esiintyy kuonassa residuaalipartikkeleina, trikalsiumsilikaatin muuttumistuloksena sekä kiteytyneenä kalkkina. Vapaa kalkki hydratoituu veden vaikutuksesta kalsiumhydroksidiksi. Vapaan kalkin määrän on kuitenkin havaittu olevan vielä 1,5 vuotta vanhassa, kasasäilytetyssä kuonassa 0 13,7 % välillä. Analyysikooste seossuhteella 50/50 valmistetun LD-masuunihiekan kemiallisista ominaisuuksista on esitetty liitteessä 1. 3.1.2 Paisumisominaisuus Paisuminen johtuu teräskuonassa olevan vapaan kalsiumoksidin (CaO) ja magnesiumoksidin (MgO) hydratoitumisreaktiosta. Laboratoriossa tehdyissä paisuntakokeissa LDmasuunihiekan (50/50) tilavuuden muutos oli 1,5 1,6 % / 10/, /13/. Standardin /27/ mukaan tämänsuuruinen paisuminen ei estä kuonatuotteen käyttämistä sitomattomissa kerroksissa ja päällysteessä. Seoksia valmistettaessa on tarkoituksenmukaista käyttää mahdollisimman pitkään vanhennettua teräskuonaa, jolloin paisuminen on tapahtunut jo vanhennusprosessissa. Käytännön olosuhteissa masuunihiekan lujittuminen ehkäisee teräskuonan paisumista / 10/. Koerakentamisen yhteydessä paisumista ei havaittu / 12/. Masuunihiekan sekoittamisella teräskuonaan voidaan vähentää rakenteen kokonaispaisumista. Seoksella saavutetaan masuunihiekan tapaan korjautuva rakenne, joka pystyy tarvittaessa lujittumaan uudelleen masuunihiekan hydratoitumisen johdosta. 3.2 Tekniset maarakennusominaisuudet 3.2.1 Fysikaaliset ominaisuudet 3.2.1.1 Rakeisuus LD-masuunihiekan prosessoinnilla (granulointi, murskaus, seulonta) saadaan aikaan jalostettu tasalaatuinen tuote. Tuotteet vastaavat rakeisuusominaisuuksiltaan luonnonkiviaineksia ja siten niitä voidaan käyttää vastaavissa rakenteissa korvaamaan hiekkaa, soraa ja mursketta. Murskausprosessissa tuotteet seulotaan tarpeen mukaan eri fraktioihin. Sivu 7 / 55

Granuloinnin jälkeen masuunihiekan rakeisuus vaihtelee välillä 0-5 mm ja sisältää noin 2 % hienoainesta. Murskatun teräskuonan rakeisuus vaihtelee välillä 0-8 mm. Teräskuonan rakeisuuskuvaaja on hiukan roikkuva ja sisältää hienoainesta 5-7 %. Masuunihiekan, teräskuonan ja LD-masuunihiekan (50/50) tyypilliset rakeisuusjakaumat on esitetty kuvassa 4. Eri seossuhteilla valmistetun LD-masuunihiekan tyypilliset rakeisuusjakaumat on esitetty kuvassa 5. 100 SAVI SILTTI HIEKKA SORA 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Masuunihiekka Teräskuona Teräskuona-masuunihiekka seos 0.002 0.006 0.02 0.063 0.125 0.25 0.5 1 2 4 8 16 32 64 Kuva 4. Masuunihiekan, teräskuonan ja LD-masuunihiekan rakeisuusjakaumat. Kuva 5. LD-masuunihiekan rakeisuusjakaumat. Sivu 8 / 55

3.2.1.2 Tilavuuspaino ja vesipitoisuus Masuunihiekka koostuu valtaosin malmin sivukivenä olevasta kiviaineksesta, kun taas teräskuonassa metallien osuus on suurempi. Lisäksi masuunihiekan huokoisuus on teräskuonaa suurempi. Teräskuonan kiinto- ja irtotiheys ovat tästä johtuen masuunihiekan arvoja suuremmat. Eri seossuhteilla valmistetun, vanhennetun LD-masuunihiekan maksimikuivatilavuuspaino on 16,6 19,2 kn/m 3 ja optimivesipitoisuus on 12 14 %. LD-masuunihiekan irtotilavuuspaino kuivana on 1,35...1,4 t/m 3 (taulukko 1). Proctor-kokeen sovitefunktio on muodoltaan hyvin laakea. Laakean muodon ansiosta LD-masuunihiekan tiivistäminen on helppoa eikä materiaali ole herkkä kosteudelle. Taulukko 1. LD-masuunihiekan fysikaaliset ominaisuudet Maksimi- Optimi- Irtotilavuuspaino Seossuhde kuivatilavuuspaino vesipitoisuus (kuivana) (LD/MaHk) [kn/m 3 ] [%] [t/m 3 ] 10/90 16,6 12 14 1,10 30/70 18,2 12 14 1,35 50/50 19,2 12 14 1,40 3.2.1.3 Tiivistettävyys Materiaalien tiivistymistarkkailun perusteella LD-masuunihiekalle ei saada selvää kuivatilavuuspainon (γ d ) maksimia ja optimivesipitoisuuden (w opt ) arvoa. Materiaali on helposti tiivistyvää eikä tiivistyminen riipu suuresti kosteuspitoisuudesta. Maksimikuivatilavuuspainon vaihtelu johtuu materiaalien rakeisuuseroista, koska materiaalien kiintotiheydessä ei ole merkittävää eroa. LD-masuunihiekka on vettä läpäisevä materiaali ja tämän vuoksi se on tiivistettävissä luonnon kiviainesten tapaan. Tiivistettäessä ylimääräinen vesi pääsee poistumaan tiivistettävästä kerroksesta. Rakenteet rakennetaan yleensä noin 20-40 cm kerroksina ja tiivistetään välittömästi. Tiivistämiskalustosta riippuen myös paksumpia rakennekerroksia voidaan tiivistää yhtenä kerroksena. Liikennöinti LD-masuunihiekkakerroksen päällä esim. kuormaautolla on mahdollista tiivistämisen jälkeen. LD-masuunihiekka ei hienone merkittävästi tiivistämisen yhteydessä. Taulukossa 2 on esitetty LD-masuunihiekan ohjeelliset tiivistysmäärät kalustosta riippuen. Sivu 9 / 55

Taulukko 2. LD-masuunihiekan ohjeelliset tiivistysmäärät. Tiivistyslaite LD-masuunihiekan tiivistysmäärä Tärylevy 150 kg 4 Tärylevy 455 kg 2 3 Täryjyrä 5 8 tn 3 4 Täryjyrä > 8 tn 2 3 Kumipyöräjyrä < 15 tn 5 7 Kumipyöräjyrä > 15 tn 5 6 3.2.2 Hydrauliset ominaisuudet Eri seossuhteilla valmistetun LD-masuunihiekan hydrauliset ominaisuudet on esitetty taulukossa 3. Taulukko 3. LD-masuunihiekan hydrauliset ominaisuudet Seossuhde Vedenläpäisevyys Kapillaarisuus Veden adsorptio (LD/MaHk) [m/s] [m] [%] 10/90 8,8*10-5 0,25-30/70 2,2*10-5 0,50-50/50 4,0*10-6 0,50 2,03 3.2.2.1 Vedenläpäisevyys Vedenläpäisevyyskokeessa eri seossuhteilla valmistetun LD-masuunihiekan vedenläpäisevyys oli 4,0*10-6 8,8*10-5 m/s. Vedenläpäisevyyteen vaikuttaa rakeisuus, tiiviys ja rakeiden muoto. LD-masuunihiekan vedenläpäisevyys on samaa suuruusluokkaa kuin hienon hiekan vedenläpäisevyys. 3.2.2.2 Kapillaarisuus LD-masuunihiekan kapillaarinen nousukorkeus on 0,25 0,50 m, joten materiaalissa ei tapahdu merkittävää veden kapillaarista nousua. Kapillaarisen nousukorkeuden perusteella LD-masuunihiekka on routimaton materiaali. 3.2.2.3 Veden adsorptio Veden adsorptio WA 24 (vedenimeytyminen) määritettiin standardin SFS-EN 1097-6 mukaisesti. Teräskuonan veden adsorptio WA 24 oli 2,35 % ja LD-masuunihiekan (50/50) WA 24 oli 2,03 %. Testausmenetelmä soveltuu huonosti LD-masuunihiekan tapaiselle huokoiselle materiaalille. Sivu 10 / 55

3.2.3 Lämpötekniset ominaisuudet ja routivuus 3.2.3.1 Lämmönjohtavuus Taulukossa 4 on esitetty laboratoriossa eri seossuhteilla valmistetun LD-masuunihiekan mitatut lämmönjohtavuudet. Lämmönjohtavuudet optimivesipitoisuudessa vaihtelevat sekä sulassa tilassa välillä 0,55 0,78 W/Km ja jäätyneessä tilassa välillä 0,61 0,81 W/Km. Kyllästyneessä tilassa vastaavat lämmönjohtavuuden arvot vaihtelevat väleillä 0,75 1,04 W/mK (sulana) ja 1,42 1,68 W/Km (jäätyneenä). Taulukko 4. Eri seossuhteilla valmistetun LD-masuunihiekan lämmönjohtavuudet. Lämmönjohtavuus Seossuhde Optimikosteudessa Kyllästyneenä (LD/MaHk) sula (+20 C) jäätynyt (-18 C) sula (+20 C) jäätynyt (-18 C) 10/90 0.55 0.60 0.75 1.40 30/70 0.65 0.70 0.85 1.40 50/50 0.80 0.80 1.05 1.70 Oulun Takalaanilaan rakennettiin koerakenteet Graniittipolun pyörätielle, joissa seurattiin masuunihiekkarakenteen, LD-masuunihiekkarakenteen sekä vertailurakenteen kosteustilaa, lämpötilaa ja roudan syvyyttä. Rakenteet ja ilman lämpötila olivat tiedossa. Näiden lähtötietojen avulla tehtiin roudan syvyyden takaisinlaskennat. Eristekerroksen lämmönjohtavuutta muutettiin siten, että laskettu roudan syvyys vastasi mitattua roudan syvyyttä. Masuunihiekkarakenteessa mitattu ja laskettu roudan syvyys ovat yhtä suuria, kun masuunihiekan sulan ja jäätyneen tilan lämmönjohtavuuden arvo on 0,40 W/Km. LD-masuunihiekkarakenteessa mitattu ja laskettu roudan syvyys ovat yhtä suuria, kun LD-masuunihiekan sulan tilan lämmönjohtavuuden arvo on 0,70 0,80 W/Km ja jäätyneen tilan lämmönjohtavuuden arvo on 0,75 0,90 W/Km (Liite 2). 3.2.3.2 Vastaavuuskerroin Liikenneviraston ohjeiden mukainen routamitoitus perustuu laskennalliseen routanousuun, jossa materiaalin lämpöteknisiä ominaisuuksia kuvataan vastaavuuskertoimella eristävyyden kannalta ja routivuutta routaturpoamalla. Hiekan vastaavuuskerroin eristävyyden kannalta on 1,0 ja muita materiaaleja verrataan hiekkaan. Masuunihiekan vastaavuuskerroin on 1,7. Eri seossuhteilla valmistetulle LD-masuunihiekalle määritettiin routamitoituksessa käytettävät vastaavuuskertoimet mitattujen lämmönjohtavuuksien avulla (kuva 6). Sivu 11 / 55

Vastaavuuskerroin LD-masuunihiekka (SFS-EN 13242) Vastaavuuskerroin 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 MaHk LD-MaHk 10/90 LD-MaHk 30/70 LD-MaHk 50/50 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 Hk Murske 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Lämmönjohtavuus, jäätynyt [W/Km] Kuva 6. LD-masuunihiekan vastaavuuskerroin. Lämmönjohtavuuden avulla LD-masuunihiekalle määritetyt vastaavuuskertoimet vaihtelevat seossuhteesta riippuen välillä 1,3 1,5 (taulukko 5). Taulukko 5. LD-masuunihiekan jäätyneen tilan lämmönjohtavuus ja vastaavuuskerroin. Lämmönjohtavuus Seossuhde (optimikosteus, -18 C) (LD/MaHk) [W/mK] Vastaavuuskerroin 10/90 0,6 1,5 30/70 0,7 1,4 50/50 0,8 1,3 3.2.3.3 Routivuus LD-masuunihiekka on routimaton materiaali. Seoksen hienoaineksen (#0,063 mm) määrä on alle 7 %, joten materiaali on routimatonta sekä rakeisuuden että rakeisuuskäyrän muodon perusteella. LD-masuunihiekan kapillaarisuus on 0,3 0,5 m, joten myös kapillaarisuuden perusteella LD-masuunihiekka on routimaton materiaali (taulukko 6). Sivu 12 / 55

Taulukko 6. Materiaalien routivuusluokittelu kapillaarisuuden perusteella. / 11/ Routivuus Kapillaarinen nousukorkeus [m] Routimaton < 1,0 Lievästi routiva 1,0 1,5 Keskinkertaisesti routiva 1,5 2,0 Erittäin routiva > 2,0 LD-masuunihiekan paisumisominaisuuden vuoksi materiaalin routivuuden määrittäminen routanousukokeilla on ongelmallista, koska laboratorio-olosuhteissa tehdyissä kokeissa osa tilavuuden muutoksesta voi olla paisumista ja vain osa routimista. 3.2.4 Mekaaniset ominaisuudet 3.2.4.1 Kimmomoduuli ja Odemarkin kantavuusmitoituksen moduuli Materiaalien lujuutta kuvaava E 50 -moduuli kasvaa selvästi sitoutumisreaktion vaikutuksesta. Masuunihiekan lujittuminen tapahtuu teräskuonaa nopeammin. Seoksessa teräskuona toimii mahdollisesti lujittumisreaktion aktivaattorina, jolloin seoksen moduulit ovat selvästi teräskuonan ja masuunihiekan arvoja suuremmat. Kuvasta 7 havaitaan selvästi seosten perusmateriaaleja nopeampi lujittuminen (nopeampi E 50 -moduulin kasvaminen). Kuva 7. Materiaalien E 50 -moduulit 95 % tiiviysasteella ajan funktiona. / 10/ Masuunihiekalla Odemarkin kantavuusmoduulina voidaan Tiehallinnon ohjeiden mukaan käyttää arvoa 600 MN/m 2. / 14/ LD-masuunihiekan lujuus kasvaa kuvan 6 mukaan nopeammin kuin pelkän masuunihiekan lujuus. Tällä perusteella LD-masuunihiekan Odemarkin kantavuusmoduulina voidaan käyttää masuunihiekalle annettua moduuliarvoa 600 MN/m 2. Sivu 13 / 55

Kantavuus [MN/m 2 ] LD-masuunihiekka (SFS-EN 13242) Rakennusvaiheessa ennen LD-masuunihiekan sitoutumista kerroksen kantavuus on huonompi, jonka vuoksi rakennusvaiheen kantavuus tulee varmistaa murskekerroksella. 3.2.4.2 Takaisinlaskettu Odemarkin kantavuusmitoituksen moduuli Kuvassa 8 ja liitteessä 2 on esitetty Takalaanilan Graniittipolun suodatinhiekka-, masuunihiekka- ja LD-masuunihiekkarakenteissa mitattu kantavuus 8.7.2009 27.6.2012. Vuonna 2009 kantavuusmittaukset on tehty murskekerroksen päältä, kun taas vuosina 2010 ja 2012 kantavuusmittaukset on tehty päällysteen päältä. Masuunihiekka- ja LD-masuunihiekkarakenteen kantavuus on heti rakentamisen jälkeen parempi kuin vertailurakenteen kantavuus. Kantavuusmittauksista havaitaan selvästi sekä masuunihiekka- että LD-masuunihiekkakerroksen sitoutuminen ajan myötä. 600 Takalaanilan koerakenteiden kantavuus E2 500 400 300 200 100 0 8.7.2009 20.7.2009 17.9.2009 5.8.2010 27.6.2012 Vertailurakenne, plv 300-500 133,4 146,3 140,6 175,1 LD-MaHk, plv 500-550 157,5 183,8 215,3 349,3 533,0 KaM + MaHk, plv 550-600 141,0 150,3 224,5 350,3 364,3 KaM + LD-MaHk, plv 600-650 191,8 255,3 234,0 332,5 326,3 LD-MaHk + MaHk, plv 650-700 165,8 152,3 224,5 462,0 504,5 Kuva 8. Takalaanilan suodatinhiekka-, masuunihiekka- ja LD-masuunihiekkarakenteissa mitattu kantavuus 8.7.2009 27.6.2012. Kuvassa 9 on esitetty Peräseinäjoen Keikulinkujan hiekka-, masuunihiekka- ja LD-masuunihiekkarakenteissa kantavan päältä mitattu kantavuus 19.9.2012-11.10.2012. Sivu 14 / 55

Kantavuus [MN/m 2 ] LD-masuunihiekka (SFS-EN 13242) 200 Peräseinäjoen Keikulinkujan koerakenteiden kantavuus 100 0 19.9.2012 11.10.2012 Hk + KaM 76 87 MaHk 114 169 LD-MaHk 0-8 mm 92 180 Kuva 9. Keikulinkujan suodatinhiekka-, masuunihiekka- ja LD-masuunihiekkarakenteissa mitattu kantavuus 19.9.2012 11.10.2012. Taulukossa 7 on esitetty Odemarkin menetelmällä takaisinlaskettuja hiekka-, masuunihiekka- ja LD-masuunihiekkakerrosten Odemarkin kantavuusmoduuleita. Takaisinlaskenta tehtiin siten, että Odemarkin menetelmässä tarkasteltavassa kerroksessa saatiin kantavuusmoduuleja muuttamalla mitattu (keskiarvo) ja laskettu kantavuusmoduuli vastaamaan toisiaan. Taulukko 7. Hiekka-, masuunihiekka- ja LD-masuunihiekkakerrosten takaisinlasketut kantavuusmitoituksen moduulit Takalaanilan koerakenteessa 8.7.2009-37.6.2012. Pvm ja Mitattu Laskettu Mitattu Laskettu Mitattu Laskettu Mitattu Laskettu Mitattu Laskettu Mittaus- kantavuus E hk kantavuus E LD-MaHk kantavuus E MaHk kantavuus E LD-MaHk kantavuus E LD-MaHk kerros [MN/m 2 ] [MN/m 2 ] [MN/m 2 ] [MN/m 2 ] [MN/m 2 ] [MN/m 2 ] [MN/m 2 ] [MN/m 2 ] [MN/m 2 ] [MN/m 2 ] 8.7.2009 Kantava 20.7.2009 Kantava 133 146 63 76 158 184 212 245 141 150 114 134 192 255 300 > 600 166 152 228 202 17.9.2009 Kantava 5.8.2010 Päällyste 27.6.2012 Päällyste Vertailu Plv 300-500 (Hk) 140 175 70 112 LD-MaHk Plv 500-550 (LD-MaHk) 215 349 533 310 490 > 600 KaM+MaHk Plv 550-600 (MaHk) 204 350 364 405 > 600 > 600 KaM+LD-MaHk Plv 600-650 (LD-MaHk) 234 333 326 465 > 600 > 600 LD-MaHk+MaHk Plv 650-700 (LD-MaHk) 225 462 505 335 > 600 > 600 Sivu 15 / 55

Vastavalmistuneessa rakenteessa LD-masuunihiekan takaisinlaskettu Odemarkin kantavuusmoduuli oli noin 212 300 MN/m 2. Kaksi kuukautta vanhassa rakenteessa LDmasuunihiekan takaisinlaskettu Odemarkin kantavuusmoduuli oli > 300 MN/m 2 ja vuoden vanhassa rakenteessa 500 MN/m 2. Takaisinlaskennoissa alle kaksi kuukautta vanhassa rakenteessa materiaalimoduulin suhteena alustan Odemarkin kantavuuteen käytettiin arvoa n = 6 ja vanhemmassa rakenteessa arvoa n = 10. Levykuormituskokeissa tiiviyssuhde E 2 /E 1 vaihteli pääosin välillä 1,1 1,4, mikä on osoitus rakenteen hyvästä tiivistymisestä. Tässä ohjeessa esitetään käytettäväksi Odemarkin mitoituksessa yhtä kantavuusmoduulin arvoa kaikissa rakennekerroksissa saman rakeisuuden omaavalle LD-masuunihiekalle. Takaisinlaskentojen ja laboratoriokokeiden perusteella LD-masuunihiekan sitoutuminen on masuunihiekkaa nopeampaa. LD-masuunihiekalle suositeltava mitoitusmoduuli on sama kuin masuunihiekan mitoitusmoduuli, eli 600 MN/m 2. Jos rakenne otetaan käyttöön heti valmistumisen jälkeen, niin tällöin kantavuusvaatimuksen tulee täyttyä sitoutumattoman rakenteen moduuliarvolla 200 MN/m 2. Odemarkin mitoituksessa käytetään moduulien 10 -sääntöä (Tietoa tiensuunnitteluun 71 mukainen n-kerroin) masuunihiekan tapaan. 3.2.4.3 Kitkakulma ja koheesio Taulukossa 8 on esitetty eri seossuhteilla valmistettujen LD-masuunihiekan mekaaniset ominaisuudet. LD-masuunihiekan kitkakulma ja koheesio määritettiin rasialeikkauskokeella. Koe tehtiin optimivesipitoisuudessa (12 14 %) ja 92 % tiiviydessä (Proctor-koe). Sitoutumattoman LD-masuunihiekan kitkakulma oli 45 ja koheesio 23 41 kn/m 2. Leikkauslujuus muodostuu sitoutumattomalla materiaalilla kitkasta eikä koheesiota käytännössä ole. Sitoutuneella materiaalilla leikkauslujuus muodostuu kitkan lisäksi koheesiosta. Kuivalle LDmasuunihiekalle (50/50) kitkakulmaksi saatiin 56,1. Geoteknisten suunnitteluohjeiden mukaisesti mitoituksessa ei saa käyttää yhtäaikaisesti kitkakulmaa ja suurta koheesiota. Taulukko 8. LD-masuunihiekan mekaaniset ominaisuudet. Seossuhde Kimmomoduuli Kitkakulma Koheesio (LD/MaHk) [MPa] [ ] [kn/m 2 ] 10/90 153 45 23 30/70 171 45 40 50/50 169 45 41 3.2.4.4 CBR-arvo Eri seossuhteilla valmistetun LD-masuunihiekan kantavuutta kuvaava CBR-arvo 0 vrk vaihteli välillä 31 68, CBR-arvo 28 vrk välillä 72 96 ja CBR-arvo 91 vrk välillä 84 134 (kuva 10). Tienrakennusmateriaali, jonka CBR-arvo on 20 50, soveltuu luokittelun mukaan hyvin joko kantavassa tai jakavassa kerroksessa käytettäväksi. CBR-arvon ollessa yli 50 materiaali soveltuu kantavan kerroksen rakenteisiin erinomaisesti. Sivu 16 / 55

160 140 1) CBR-arvo määritetty 99 vrk ikäisenä 120 100 80 60 40 20 0 Kuva 10. CBR-arvo 0 vrk CBR-arvo 28 vrk CBR-arvo 91 vrk CBR-arvot eri seossuhteilla valmistetulle LD-masuunihiekalle. 1) 10/90 30/70 50/50 3.3 Sitoutuminen Masuunihiekka lujittuu hydratoitumisreaktion kautta. Myös teräskuona lujittuu ajan myötä. Teräskuonan ja masuunihiekan seos lujittuu pelkkää masuunihiekkaa tai teräskuonaa nopeammin ja laboratoriokokeissa saavutettu loppulujuus oli 180 vrk ikäisessä koekappaleessa kaksinkertainen lähtömateriaalien (masuunihiekka, teräskuona) lujuuksiin verrattuna. Sitoutumisominaisuutensa ja kantavuutensa ansiosta LD-masuunihiekkarakenne soveltuu hyvin etenkin pehmeiköille rakennettaviin kohteisiin. 3.4 Materiaaliparametrit Taulukossa 9 on esitetty LD-masuunihiekan suositukset materiaaliparametrien mitoitusarvoiksi sekä masuunihiekan ja teräskuonan tyypillisiä materiaaliominaisuuksien arvoja. Sivu 17 / 55

Taulukko 9. LD-masuunihiekan materiaaliparametrien suositukset mitoitusarvoiksi sekä teräskuonan ja masuunihiekan tyypillisiä materiaaliominaisuuksien arvoja. Ominaisuus Yksikkö LD-MaHk 10/90 30/70 50/50 LD MaHk Käytetty standardi Rakeisuus 0 8 0 8 0 8 0 8 0 6 SFS-EN 933-1 Raemuoto FI 10 (7,1) SFS-EN 933 3+A1 Kiintotiheys Mg/m 3 2.80 3.00 3.05 3.20 2.70 Kuivairtotiheys Mg/m 3 1.10 1.35 1.40 1.8 1.0 SFS-EN 1097-3 Rtr-paino Mg/m 3 1.75 1.80 1.85 3.0 1.5 Maksimikuivatilavuuspaino kn/m 3 16.6 18.2 19.2 23.0 15.0 SFS-EN 13286-2 Optimivesipitoisuus % 12...14 12...14 12...14 9.5 11.0 SFS-EN 13286-2 Lämmönjohtavuus (sula, optimikost.) W/Km 0.55 0.65 0.80 1.00 0.35 ASTM D 5334-92 Lämmönjohtavuus (-18 C, optimi) W/Km 0.60 0.70 0.80 1.20 0.40 ASTM D 5334-92 Lämmönjohtavuus (+20 C, kyllästynyt) W/Km 0.75 0.85 1.05 Lämmönjohtavuus (-18 C, kyllästynyt) W/Km 1.40 1.40 1.70 2.30 1.30 ASTM D 5334-92 Vastaavuuskerroin a 1) 1.50 1.40 1.30 1.00 1.70 Routimiskerroin (segregaatiopotent.) mm 2 /Kh 0 0 0 0 0 Routaturpoamakerroin % 0 0 0 0 0 ph 12.5 11.5 Sähkönjohtokyky ms/m 7.5 0.5 Kapillaarisuus m 0.25 0.50 0.50 1.00 0.15 SAHI-/Bescow-kapillaarimetrit Vedenjohtavuus m/s 8,8*10-5 2,1*10-5 4,0*10-6 4,0*10-6 1,0*10-4 CEN/ISO/TS 17892-11 Veden imukorkeus mm SFS-EN 1097-10 Vedenimeytyminen, WA 24 % 2.3 2.0 SFS-EN 1097-6 Veden adsorptioluku % 1.0 PANK 2108 Veden adsorptiokyky mg/m 2 PANK 2108 Ominaispinta-ala m 2 /g PANK 2401 Jäädytys-sulatuskestävyys % 0.8 SFS-EN 1367-1 Kitkakulma 2) 45.0 45.0 45.0 CEN ISO/TS 17892-10 Koheesio 2) kpa 23.0 40.0 41.0 CEN ISO/TS 17892-10 Los Angeles -luku 13.0 SFS-EN 1097-2 CBR-arvo (91 vrk) 84 106 134 250 110 ASTM D1883-07e2 Puristuslujuus (91 vrk) MN/m 2 1.90 2.10 2.20 3.0 2.0 E-moduuli Odemark mitoituksessa 3) MN/m 2 600/200 600/200 600/200 600/200 600/200 Materiaalimoduulin suhde E/EA alustan Odemarkin kantavuuteen 3) 10/6 10/6 10/6 10/6 10/6 1) 2) 3) Tiehallinnon suunnitteluohjeen laskennallisessa routamitoituksessa käytettävä parametri (eristävyys hiekkaan verrattuna) Mitoituksessa ei saa käyttää yhtä aikaa sekä suurta kitkakulman että koheesion arvoa. Sitoutuessaan LD-masuunihiekan lujuusominaisuudet kasvavat merkittävästi. Sitoutuneen ja sitoutumattoman LD-masuunihiekan moduuli ja materiaalimoduulin suhde Sivu 18 / 55

4 MAARAKENTEIDEN SUUNNITTELU JA MITOITUS 4.1 Suunnittelun ja mitoituksen perusteet LD-masuunihiekkarakenteen suunnittelu ja mitoitus noudattaa tie- ja katurakenteiden yleisiä suunnittelu- ja mitoitusperusteita. Rakenteen suunnittelussa käytettävät mitoituskantavuudet kantavan kerroksen päällä perustuvat joko kohteen liikennetekniseen merkitykseen (taulukko 10) tai kohteen liikennemääriin (taulukko 11). Taulukko 10. Mitoituskantavuus kantavan kerroksen päällä liikenneteknisen merkityksen mukaan luokitelluille kaduille /15/. Katuluokka 1) Kohteen kuvaus Mitoituskantavuus kantavan kerroksen päällä [MN/m 2 ] E Kokoojakadut ja pääkadut, erikoisluokka 1) 160 2 Kokoojakadut ja pääkadut 160 3 Pientaloalueiden kokoojakadut, 160 Kerrostalo- ja rivitaloalueiden tonttikadut Teollisuusalueiden kadut 4 Pientaloalueiden tonttikadut, 145 Rivitalo- ja teollisuusalueiden lyhyet tonttikadut Raskaiden ajoneuvojen pysäköintialueet 5 Pysäköintialueet, huoltoliikenne 135 6 Kevyenliikenteen väylät 115 6 Tv Kevyenliikenteen väylät 115 (erillinen, teräsverkolla vahvistettu) Esim. katu, jossa on korkealaatuisia kiveyksiä, katulämmitystä tai muita epätasaiselle routanousulle herkkiä rakenteita. Taulukko 11. Kuormitusluokkia vastaavat mitoituskantavuudet ja sallitut liikennemäärät kantavan kerroksen ollessa sitomatonta mursketta /16/. Kuormitusluokka Liikennemäärä [ajoneuvoa/d] Mitoituskantavuus kantavan kerroksen päällä [MN/m 2 ] 0,1 AB < 150 145 0,4 AB 150 600 145 0,8 AB 600 1 300 145 2,0 AB 1 300 3 000 160 6,0 AB 3 000 8 000 160 10,0 AB 8 000 14 000 160 25,0 AB > 14 000 160 Sivu 19 / 55

LD-masuunihiekalla rakentamisen suunnittelu ja mitoitus perustuu materiaalien teknisiin ominaisuuksiin. Rakenteiden mitoituksessa huomioidaan materiaalien lämpötekniset ominaisuudet routamitoituksessa, E-moduuli kantavuusmitoituksessa sekä kitkakulma ja koheesio rakenteen stabiliteettia laskettaessa. Tässä ohjeessa esitetään LD-masuunihiekkarakenteen routamitoitus ja kantavuusmitoitus, kun LD-masuunihiekkaa käytetään routaeristeenä, suodatinkerroksessa tai jakavassa kerroksessa. Kappaleessa 3 on esitetty LD-masuunihiekalle laboratoriokokeiden ja koerakenteiden perusteella laaditut arviot maarakenteiden mitoituksessa käytettävistä materiaaliparametreista. Esitetyt materiaaliparametrien arvot perustuvat laboratoriokokeisiin ja koerakenteista tehtyihin havaintoihin. Koska LD-masuunihiekka sitoutuu, voidaan kantavuusmitoituksessa tarkastella työnaikainen tilanne ja lopullinen tilanne erikseen. Rakenne on mitoitettava siten, että vaadittu kantavuusarvo täyttyy myös pienemmällä E-moduulin arvolla (200 MN/m 2, sitoutumaton rakenne), jos rakenne otetaan käyttöön heti rakentamisen jälkeen. Suurempaa E-moduulia (600 MN/m 2 ) voidaan käyttää kantavuusmitoituksessa silloin, kun rakenteella on aikaa sitoutua noin puoli vuotta ennen rakenteen käyttöönottoa. Suunnittelijan on syytä varmistaa jo suunnittelua aloittaessaan, että materiaaleja on saatavissa tarvittava määrä suunniteltuna rakentamisajankohtana. 4.2 Kuivatus Kuivatuksen suunnittelun suhteen LD-masuunihiekka ei eroa muista maarakennusmateriaaleista. Kuivatuksessa käytetään voimassa olevia kuivatuksen suunnitteluohjeita / 15/. Lämpöeristetyssä rakenteessa LD-masuunihiekan lämmönjohtavuus kasvaa vesipitoisuuden lisääntyessä kuten luonnonmateriaaleillakin. Tämän vuoksi routamitoitetun rakenteen kuivatuksen suunnitteluun tulee kiinnittää huomiota ja varmistaa, että kuivatus suoritetaan ohjeiden mukaisesti. 4.3 Alusrakenne Alusrakenteen suunnittelussa käytetään Liikenneviraston tai kuntien voimassa olevia suunnitteluohjeita / 15/, / 16/. 4.4 Päällysrakenne 4.4.1 Penkereet ja täytöt LD-masuunihiekalla voidaan korvata penger- ja täyttömateriaaliksi kelpaavia maa-aineksia kuten moreeneja, hiekkaa tai soraa. Tuotteita voidaan käyttää myös toissijaisissa täytöissä hienojen moreenien, silttien tai savimaiden korvaajina esimerkiksi penger- ja ojaluiskien sekä täyttömaiden verhoilumateriaaleina. Suuri kitkakulma ja kitkamaalajeille harvinainen koheesio parantaa luiskien vakavuutta. Sivu 20 / 55

4.4.2 Suodatinkerros Suodatinkerroksen tehtävänä on estää päällysrakenteen ja alusrakenteen materiaalien sekoittuminen keskenään sekä katkaista veden kapillaarinen nousu alusrakenteesta ylempiin rakennekerroksiin. Lisäksi suodatinkerros kasvattaa routimatonta päällysrakennepaksuutta, mikä vähentää pohjamaan routimisesta johtuvia routanousuja. Pienen kapillaarisuuden, hyvän lämmöneristävyyden ja kantavuuden vuoksi LDmasuunihiekka soveltuu teknisesti hyvin suodatinkerrokseen. Suodatinkerroksen alaosassa tulee huomioida vesipitoisuuden kasvusta johtuva lämpöteknisten ominaisuuksien muuttuminen. Suodatinkerroksessa suositeltava jae on 0/8 mm, mutta myös karkeampaa jaetta voidaan käyttää. Rakennekerrosten paksuuksia voidaan LD-masuunihiekkaa käytettäessä ohentaa, sillä LD-masuunihiekan lämmönjohtavuus on pienempi kuin hiekalla. Ohuempien rakennekerrosten myötä myös leikkausmassojen määrä pienenee. Suodatinkerros tulee suunnitella teiden suunnitteluohjeiden mukaisesti. Mikäli on odotettavissa, että pohjamaa ja suodatinkerros voivat sekoittua, käytetään pohjamaan ja suodatinkerroksen välissä suodatinkangasta. 4.4.3 Jakava kerros Kantavan ja jakavan kerroksen tehtävä on muodostaa päällysteelle niin kantava (jäykkä) alusta etteivät liikennekuormituksen aiheuttamat rasitukset päällysteessä kasva liian suuriksi. Toisaalta kerrosten tulee jakaa liikennekuorma niin, ettei alusrakenteen rasitus muodostu liian suureksi. Jakavalla kerroksella pyritään myös kuivattamaan kantavaa kerrosta. Jakavan kerroksen materiaalin kelpoisuuteen vaikuttavat lähinnä rakeisuus ja hienoainespitoisuus. Kantavuuden ja lujuuden puolesta LD-masuunihiekka soveltuu käytettäväksi jakavassa kerroksessa. Tierakenteessa suodatinkerros ja jakava kerros voidaan tehdä yhtenä kerroksena. 4.4.4 Kantava kerros Pelkästään rakeisuudeltaan 0 8 mm LD-masuunihiekasta ei voi tehdä kantavaa kerrosta tielle, jossa rakentamisen aikana on muutakin kuin työmaaliikennettä. LD-masuunihiekan pintaan tehdään tie- tai katuluokasta riippuen vähintään 100 200 mm vahvuinen murskekerros 0-20 55 mm:n murskeesta. Murskekerros tarvitaan, jotta asfaltti saa riittävän tartunnan alla olevaan kerrokseen ja työaikainen kantavuus on riittävä. Murskekerros myös jakaa pistemäistä kuormaa laajemmalle alueelle. Tarvittava murskekerroksen paksuus riippuu siitä, missä määrin LD-masuunihiekkakerros ehtii lujittua ennen liikennerasitusta. Kantava kerros voidaan tehdä luonnon murskeesta. Päällysteen jatkokäsittely erilaisilla remixtai stabilointimenetelmillä on vuosien kuluttua mahdollista, jos päällysteen alla on riittävän vahvuinen murskekerros. Stabilointi voidaan tehdä esim. masuunihiekkastabilointina. Suositeltava kantavan kerroksen paksuus on 200 mm. 4.4.5 Päällyste LD-masuunihiekka ei sovellu päällystekiviaineeksi. Sivu 21 / 55

4.5 Tie- ja katurakenteen mitoitus 4.5.1 Kantavuusmitoitus Alusrakenteella tarkoitetaan leikkauksen kohdalla tiivistettyä pohjamaata ja penkereen kohdalla pengertäytettä. Myös erilaiset pohjanvahvistukset sekä leikkaus- ja pengerluiskat lasketaan kuuluviksi alusrakenteeseen. Päällysrakenne on alusrakenteen päälle tuleva rakenne, jonka tehtävänä on ottaa vastaan liikenteen kuormitukset ja jakaa ne alusrakenteelle tasaisesti alusrakenteen kantavuuskykyä ylittämättä. Päällysrakenteeseen kuuluvat sidotut ja sitomattomat rakennekerrokset sekä siirtymäkiilat ja maalaatikko. Päällysrakenteen mitoituksessa tulee aina kantavuusmitoituksen ohella ottaa huomioon myös routamitoitus. Tiet on jaoteltu liikennemäärien mukaisesti päällysrakenneluokkiin ja kadut vastaavasti katuluokkiin. Tierakennetta mitoitettaessa valitaan ensi päällystetyypin ja kuormituskertaluvun avulla tieosalle päällysrakenneluokka (kadulle liikennemäärän mukaan katuluokka) sekä valittua luokkaa vastaava tavoitekantavuus. Eri päällysrakenne- ja katuluokille on esitetty tavoitekantavuudet päällysteen ja kantavan kerroksen päältä. Tavoitekantavuudet vastaavat levykuormituskokeella saavutettavia kevätkantavuuksia. Tavoitekantavuus päällysteen päältä on ensisijainen mitoitusperuste ja tavoitekantavuus kantavan kerroksen päältä on sitomattomien rakennekerrosten mitoituksessa käytettävä kantavuus. Päällysrakenteen kantavuusmitoitus voidaan tehdä Odemarkin mitoituskaavan (1) avulla. Kantavuuden mitoittaminen Odemarkin menetelmällä edellyttää, että tunnetaan sekä pohjamaan että rakennekerrosten E-moduulit. Kantavuuskaavan avulla voidaan laskea kerroksen päältä saavutettava kantavuus (E Y -arvo), kun tunnetaan kerrospaksuus h, kerrosmateriaalin E-moduuli ja kerroksen alla olevan kerroksen kantavuus (E A -arvo). Vastaavasti voidaan laskea kuinka paljon rakenteen kantavuus lisääntyy, kun rakenteen paksuutta lisätään. E Y 1 1 h 1 0,81 0,15 m 2 E E A E A 1 h 1 0,81 0,15 m 2 E E A 2 / 3 (1) missä E Y on mitoitettavan kerroksen päältä saavutettava kantavuus [MN/m 2 ] E A mitoitettavan kerroksen alta saavutettava kantavuus [MN/m 2 ] h mitoitettavan kerroksen paksuus [m] E mitoitettavassa kerroksessa käytettävän materiaalin E-moduuli [MN/m 2 ]. 4.5.2 Routamitoitus LD-masuunihiekalla on luonnonmateriaaleja pienemmän lämmönjohtavuutensa ansiosta parempi lämmöneristävyys, jota voidaan käyttää hyväksi tierakenteessa. Lämmöneristeenä toimivalla rakenteella rajoitetaan roudan tunkeutumista alusrakenteeseen ja estetään näin alusrakenteen routimisesta tierakenteelle aiheutuvia haittoja. Sivu 22 / 55

4.5.2.1 Routamitoitus tiehallinnon routanousun laskentakaavalla Routimisen rajoittamisella pyritään routanousuerojen ja näistä aiheutuvien tien pinnan epätasaisuuksien ja halkeamien vähentämiseen. Routamitoituksen lähtökohtana on mitoituspaikkakuntaa koskevan pakkasmäärän valinta. Routamitoitus tehdään yleensä mitoituspaikkakunnalla kerran 10 vuodessa toistuvan pakkasmäärän mukaan. Tiehallinnon mitoitusohjeen mukaan käytetään tällöin kerran 10 vuodessa toistuvan pakkasmäärän perusteella määräytyvää mitoitusroudansyvyyttä. Routimista ei yleensä pyritä kokonaan estämään, vaan se pyritään rajoittamaan niin pieneksi, että ongelmia ei pääse syntymään. Rakenteen sallittu routanousu on tie- tai katuluokasta riippuvainen. Tien sallittu routanousu (RN sall ) riippuu tien luokasta, rakenteen kestävyydestä (louhe, solumuovi, maabetoni, teräsverkko) ja pohjamaaolosuhteiden tasalaatuisuudesta. Tiehallinnon mitoitusmenettelyssä routamitoitus tehdään julkaisussa (Tierakenteen suunnittelu, TIEH 2100029-04) esitetyn laskentakaavan (2) mukaan. Kaavassa mitoitusroudansyvyydestä vähennetään materiaalin vastaavuuskertoimella painotettu rakennekerroksen paksuus. Laskennallinen routanousu määräytyy routivien rakennekerrosten ja routivan pohjamaan routaturpoaman perusteella kaavan (2) mukaan: RN lask S a R a R a R jne. t /100 R t / 100 (2) 1 1 2 2 rva rva rva rva missä RN lask on laskennallinen routanousu [mm] R i routimattoman kerroksen paksuus [mm] R rva routivan kerroksen paksuus [mm] S mitoitusroudan syvyys [mm] a i materiaalin vastaavuus eristävyyden kannalta [-] a rva routivan kerrosmateriaalin vastaavuus eristävyyden kannalta [-] t alusrakenteen routaturpoama [%] t rva routivan kerrosmateriaalin routaturpoama [%]. Routaturpoama riippuu alusrakenneluokasta ja routaturpoama vaihtelee routivuudesta riippuen välillä 0 16 %. 4.5.2.2 Routamitoitus segregaatiopotentiaaliteoriaan perustuvilla routanousun laskentaohjelmilla Segregaatipotentiaaliteoriaa käytettäessä routamitoitus tehdään routamitoitusohjelmia käyttäen, kun rakenne- ja pohjamaamateriaalien lämpötekniset ja routivuusominaisuudet ovat tiedossa. Maaperän lämpötilajakauma lasketaan lämmönsiirtymisyhtälöiden avulla ja tuloksena saatua lämpötilajakaumaa käytetään lähtötietona routanousua laskettaessa segregaatiopotentiaalin (routimiskertoimen) avulla. Segregaatiopotentiaali voidaan määrittää laboratoriossa tehtävien routanousukokeiden avulla tai in situ -mittauksin. Kokeiden mukaan jäälinssiin virtaavan veden määrä on suoraan verrannollinen jäätyneen kerroksen lämpötilagradienttiin yhtälön (3) mukaisesti: v t SP t gradt t (3) Sivu 23 / 55

Kokonaisroutanousu (h) muodostuu huokosveden in situ -jäätymisen synnyttämästä maan laajenemisesta (h i ) ja routarintamaan imeytyneen lisäveden jäätymisestä (h s ) yhtälön (4) mukaisesti. h u hi hs,09 n Sr d 1, 09 w w 0 t SP gradt f (4) w missä h i on in situ routanousu [mm] h s routarintamaan ulkopuolisesta lähteestä joutuneen veden aiheuttama routanousu [mm] n huokoisuus [-] S r kyllästysaste [-] w vesipitoisuus [-] w u jäätyneessä maassa sulana pysyvä vesipitoisuus [-] d jäätyvän kerroksen alkuperäinen paksuus [mm] t tarkasteltava ajanjakso [h] SP todellista kuormitusta vastaava segregaatiopotentiaali [mm 2 /Kh] gradt f lämpötilagradientti jäätyneessä kerroksessa [K/mm]. Kaduilla ja asfalttikentillä (mm. pysäköintialueet) routamitoitus tehdään yleensä mitoituspaikkakunnalla kerran 10 vuodessa toistuvan pakkasmäärän mukaan. 4.6 Mitoitusesimerkki 4.6.1 Mitoitusesimerkki Tiehallinnon ohjeiden mukaisesti Tiehallinnon ohjeiden mukaan kantavuusmitoitus perustuu Odemarkin kaavaan (1) ja routamitoitus turpoamakerroinmenetelmään (2). Oheisessa mitoitusesimerkissä mitoitetaan Oulun seudulle sijoittuvan vaatimusluokan V2 ja kuormitusluokan 6,0 AB tierakenne siten, että kantava kerros tehdään kalliomurskeesta ja jakava sekä suodatinkerros seossuhteella 30/70 valmistetusta LD-masuunihiekasta. Tierakenteen tavoitekantavuus kantavan kerroksen päältä on 160 MN/m 2 ja päällysteen päältä 360 MN/m 2. Sallittu routanousu on 70 mm, kun pohjamaa on tasalaatuista ja 10 mm pohjamaan ollessa sekalaatuista. Oulun alueella mitoitusroudansyvyys on 1,9 m. LD-masuunihiekkarakenteessa määräävä mitoituskriteeri on tavallisesti routamitoitus, koska kantavuusvaatimus täyttyy yleensä helposti sitoutumisen myötä materiaalin saavuttaman suuren E- moduulin vuoksi (kuva 11). Mitoitusesimerkissä alusrakenneluokassa H rakennekerroksen paksuus vaihtelee välillä 1,07 1,43 m riippuen siitä, onko pohjamaa tasalaatuista (th) vai sekalaatuista (sh). Tasalaatuiselle pohjamaalle sallitaan Tiehallinnon mitoitusmenetelmässä suurempi laskennallinen routanousu kuin pohjamaan ollessa sekalaatuista. Sallittu laskennallinen routanousu riippuu pohjamaan tasalaatuisuuden/sekalaatuisuuden lisäksi tien luokasta ja siitä onko tierakenteissa käytetty ohjeessa mainittuja erikoismateriaaleja (louhe, teollinen routaeriste, maabetoni, teräsverkko). Liitteessä 3 on esitetty Tiehallinnon ohjeiden mukaisesti mitoitetut esimerkit kuormitusluokkien 6,0 AB ja Erillinen JP-tie tierakenteista, joissa kantava kerros tehdään kalliomurskeesta ja jakava sekä suodatinkerros seossuhteella 30/70 valmistetusta LD-masuunihiekasta. Sivu 24 / 55

Projekti: Valtatie Kohde: Huom.: Teräskuona-masuunihiekkaseosrakenne (30/70) Routanousun laskeminen Tiehallinnon turpoamakerroinmenetelmällä Kuormituskestävyysmitoitus Odemarkin kaavalla Laskija: Yritys: Tilaaja: Pvm: NN Ruukki Oy Yritys Ab 24.09.2012 Mitoitusroudansyvyys S [m]: 1,9 [m] Vaatimusluokka: V2 V2 Kuormitusluokka: 6,0 AB 6,0 AB Alusrakenneluokka: th sh Rakenne (tyyppipl.): Rakenne (pituusl.): Paaluväli: 6,0 AB; V2-1900 th-1070-ld-mahk Plv 0-100 6,0 AB; V2-1900 sh-1430-m Plv 100-200 Kerros Materiaali R i [m] a i t[%] n E[MN/m 2 ] E Materiaali R i [m] a i t[%] n E[MN/m 2 ] E Päällyste SMA+AB+ABK 0,14 1,00 0 0 2500 540 SMA+AB+ABK 0,14 1,00 0 0 2500 632 Profilointi KaM 0 32 0,05 0,90 0 6 280 284 KaM 0 32 0,05 0,90 0 6 280 354 Kantava KaM 0 55 0,20 0,90 0 6 280 284 KaM 0 55 0,20 0,90 0 6 280 360 Jakava/suodatin LD-MaHk30/70 0,48 1,40 0 10 600 289 LD-MaHk30/70 0,84 1,40 0 10 600 473 Jakava/suodatin LD-MaHk30/70 0,20 1,40 0 10 200 50 LD-MaHk30/70 0,20 1,40 0 10 200 50 Pohjamaan routapaisumiskerroin/kantavuus 12 20 12 20 [%] [MN/m 2 ] [%] [MN/m 2 ] RN lask 70 [mm] RN sall 70 [mm] 9 [mm] RN sall 10 [mm] Rakennekerrosten paksuus 1,07 [m] 1,43 [m] Kantavuus päällysteen päältä 540 [MN/m 2 ] E vaad 360 [MN/m 2 ] 632 [MN/m 2 ] E vaad 360 [MN/m 2 ] Kantavuus kantavan päältä 284 [MN/m 2 ] E vaad 160 [MN/m 2 ] 354 [MN/m 2 ] E vaad 160 [MN/m 2 ] Kuva 11. Esimerkki LD-masuunihiekkarakenteen kantavuus- ja routamitoituksesta Liikenneviraston (ent. Tiehallinto) mitoitusmenettelyä käyttäen. 4.6.2 Mitoitusesimerkki Katu 2002 ohjeen mukaisesti Kunnilla ja kaupungeilla kantavuusmitoitus perustuu Odemarkin kaavaan (1) ja routamitoitus analyyttiseen mitoitukseen, joissa pohjamaan routivuutta kuvataan routimiskertoimen (segregaatiopotentiaalin) avulla. Oheisessa mitoitusesimerkissä mitoitetaan katuluokan 3 katurakenne siten, että kantava kerros tehdään kalliomurskeesta ja jakava kerros sekä suodatinkerros seossuhteella 30/70 valmistetusta LD-masuunihiekasta (Kuva 12). Katurakenteen tavoitekantavuus kantavan kerroksen päältä on 160 MN/m 2 ja sallittu routanousu 50 mm. Pohjamaa on erittäin routivaa löyhää silttiä, jonka kantavuus on 10 MN/m 2 ja routimiskerroin 6 mm 2 /Kh. Mitoituksessa käytetään kerran 10 vuodessa toistuvaa pakkasmäärää, joka on Oulun alueella F 10 = 43000 Kh. Esimerkissä routamitoitus on määräävä ja rakennekerrosten paksuudeksi tulee 1,13 m. Esimerkkirakenteen kantavuudeksi kantavan kerroksen päältä tulee 274 MN/m 2 ja päällysteen päältä 428 MN/m 2. Sivu 25 / 55

Kuva 12. Esimerkki LD-masuunihiekkarakenteen routamitoituksesta (katuluokka3). 4.7 LD-masuunihiekkarakenne Oulun kaupungin katujen tyyppirakenteena LD-masuunihiekkarakennetta voidaan käyttää vaihtoehtoisena rakenneratkaisuna perinteisten katujen rakenteiden rinnalla / 35/. Taulukoissa 12 17 on esitetty routa- ja kantavuusmitoitukset eri seossuhteilla valmistetuille LD-masuunihiekkarakenteille. Routamitoitus on tehty GB-Frost routanousun laskentaohjelmistolla ja kantavuusmitoitus Odemarkin kantavuuskaavaan perustuvalla laskentaohjelmalla. LD-masuunihiekkarakenteet on mitoitettu erikoiskatuluokalle E ja katuluokille 2-6. LD-masuunihiekkarakenteen mitoitusesimerkki (katuluokka 3, pohjamaa silttiä) on esitetty liitteessä 4. Sivu 26 / 55

Taulukko 12. Katuluokan E LD-masuunihiekkarakenteet, kun pohjamaan routimiskerroin vaihtelee välillä 3,0 9,0 mm 2 /Kh ja kantavuus välillä 5 20 MN/m 2. KATULUOKKA E LD-MaHk (10/90) LD-MaHk (30/70) LD-MaHk (50/50) Pohjamaa Kerros Materiaali Paksuus [mm] Materiaali Paksuus [mm] Materiaali Paksuus [mm] sihk Päällyste AB 100 AB 100 AB 100 SP = 3,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 20 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 980 LD-MaHK(30/70) 1030 LD-MaHK(50/50) 1100 Rakennepaksuus 1330 1380 1450 Routanousu [mm] 10 10 10 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 346 353 360 Si Päällyste AB 100 AB 100 AB 100 SP = 6,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 10 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 1030 LD-MaHK(30/70) 1080 LD-MaHK(50/50) 1160 Rakennepaksuus 1380 1430 1510 Routanousu [mm] 10 10 9 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 332 339 349 sasi Päällyste AB 100 AB 100 AB 100 SP = 9,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 5 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 1050 LD-MaHK(30/70) 1110 LD-MaHK(50/50) 1190 Rakennepaksuus 1400 1460 1540 Routanousu [mm] 10 7 9 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 302 314 327 Taulukko 13. Katuluokan 2 LD-masuunihiekkarakenteet, kun pohjamaan routimiskerroin vaihtelee välillä 3,0 9,0 mm 2 /Kh ja kantavuus välillä 5 20 MN/m 2. KATULUOKKA 2 LD-MaHk (10/90) LD-MaHk (30/70) LD-MaHk (50/50) Pohjamaa Kerros Materiaali Paksuus [mm] Materiaali Paksuus [mm] Materiaali Paksuus [mm] sihk Päällyste AB 100 AB 100 AB 100 SP = 3,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 20 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 780 LD-MaHK(30/70) 800 LD-MaHK(50/50) 850 Rakennepaksuus 1130 1150 1200 Routanousu [mm] 30 30 30 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 311 316 326 Si Päällyste AB 100 AB 100 AB 100 SP = 6,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 10 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 900 LD-MaHK(30/70) 950 LD-MaHK(50/50) 1010 Rakennepaksuus 1250 1300 1360 Routanousu [mm] 30 29 29 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 302 317 329 sasi Päällyste AB 100 AB 100 AB 100 SP = 9,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 5 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 970 LD-MaHK(30/70) 1010 LD-MaHK(50/50) 1070 Rakennepaksuus 1320 1360 1420 Routanousu [mm] 28 29 30 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 284 294 306 Sivu 27 / 55

Taulukko 14. Katuluokan 3 LD-masuunihiekkarakenteet, kun pohjamaan routimiskerroin vaihtelee välillä 3,0 9,0 mm 2 /Kh ja kantavuus välillä 5 20 MN/m 2. KATULUOKKA 3 LD-MaHk (10/90) LD-MaHk (30/70) LD-MaHk (50/50) Pohjamaa Kerros Materiaali Paksuus [mm] Materiaali Paksuus [mm] Materiaali Paksuus [mm] sihk Päällyste AB 100 AB 100 AB 100 SP = 3,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 20 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 570 LD-MaHK(30/70) 590 LD-MaHK(50/50) 620 Rakennepaksuus 920 940 970 Routanousu [mm] 50 50 50 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 252 259 268 Si Päällyste AB 100 AB 100 AB 100 SP = 6,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 10 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 790 LD-MaHK(30/70) 820 LD-MaHK(50/50) 870 Rakennepaksuus 1140 1170 1220 Routanousu [mm] 50 48 49 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 276 284 296 sasi Päällyste AB 100 AB 100 AB 100 SP = 9,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 5 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 880 LD-MaHK(30/70) 920 LD-MaHK(50/50) 970 Rakennepaksuus 1230 1270 1320 Routanousu [mm] 50 50 50 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 248 258 284 Taulukko 15. Katuluokan 4 LD-masuunihiekkarakenteet, kun pohjamaan routimiskerroin vaihtelee välillä 3,0 9,0 mm 2 /Kh ja kantavuus välillä 5 20 MN/m 2. KATULUOKKA 4 LD-MaHk (10/90) LD-MaHk (30/70) LD-MaHk (50/50) Pohjamaa Kerros Materiaali Paksuus [mm] Materiaali Paksuus [mm] Materiaali Paksuus [mm] sihk Päällyste AB 50 AB 50 AB 50 SP = 3,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 20 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 600 LD-MaHK(30/70) 610 LD-MaHK(50/50) 660 Rakennepaksuus 900 910 960 Routanousu [mm] 49 50 49 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 262 265 279 Si Päällyste AB 50 AB 50 AB 50 SP = 6,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 10 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 810 LD-MaHK(30/70) 840 LD-MaHK(50/50) 900 Rakennepaksuus 1110 1140 1200 Routanousu [mm] 50 50 48 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 282 289 302 sasi Päällyste AB 50 AB 50 AB 50 SP = 9,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 5 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 900 LD-MaHK(30/70) 940 LD-MaHK(50/50) 1000 Rakennepaksuus 1200 1240 1300 Routanousu [mm] 49 49 48 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 253 263 291 Sivu 28 / 55

Taulukko 16. Katuluokan 5 LD-masuunihiekkarakenteet, kun pohjamaan routimiskerroin vaihtelee välillä 3,0 9,0 mm 2 /Kh ja kantavuus välillä 5 20 MN/m 2. KATULUOKKA 5 LD-MaHk (10/90) LD-MaHk (30/70) LD-MaHk (50/50) Pohjamaa Kerros Materiaali Paksuus [mm] Materiaali Paksuus [mm] Materiaali Paksuus [mm] sihk Päällyste AB 50 AB 50 AB 50 SP = 3,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 20 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 600 LD-MaHK(30/70) 610 LD-MaHK(50/50) 660 Rakennepaksuus 900 910 960 Routanousu [mm] 49 50 49 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 262 265 279 Si Päällyste AB 50 AB 50 AB 50 SP = 6,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 10 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 810 LD-MaHK(30/70) 840 LD-MaHK(50/50) 900 Rakennepaksuus 1110 1140 1200 Routanousu [mm] 50 50 48 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 282 289 302 sasi Päällyste AB 50 AB 50 AB 50 SP = 9,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 5 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 900 LD-MaHK(30/70) 940 LD-MaHK(50/50) 1000 Rakennepaksuus 1200 1240 1300 Routanousu [mm] 49 49 48 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 253 263 291 Taulukko 17. Katuluokan 6 LD-masuunihiekkarakenteet, kun pohjamaan routimiskerroin vaihtelee välillä 3,0 9,0 mm 2 /Kh ja kantavuus välillä 5 20 MN/m 2. KATULUOKKA 6 LD-MaHk (10/90) LD-MaHk (30/70) LD-MaHk (50/50) Pohjamaa Kerros Materiaali Paksuus [mm] Materiaali Paksuus [mm] Materiaali Paksuus [mm] sihk Päällyste AB 40 AB 40 AB 40 SP = 3,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 20 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 600 LD-MaHK(30/70) 620 LD-MaHK(50/50) 660 Rakennepaksuus 890 910 950 Routanousu [mm] 50 50 50 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 262 268 279 Si Päällyste AB 40 AB 40 AB 40 SP = 6,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 10 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 810 LD-MaHK(30/70) 850 LD-MaHK(50/50) 900 Rakennepaksuus 1100 1140 1190 Routanousu [mm] 49 49 49 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 282 291 302 sasi Päällyste AB 40 AB 40 AB 40 SP = 9,0 mm 2 /Kh Profilointi KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 KaM 0-32 50 E = 5 MN/m 2 Kantava/jakava KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 KaM 0-56 200 Suodatin/eriste LD-MaHK(10/90) 900 LD-MaHK(30/70) 940 LD-MaHK(50/50) 1010 Rakennepaksuus 1190 1230 1300 Routanousu [mm] 50 49 49 Kantavuus kantavan kerroksen päältä [MN/m 2 ] 253 263 294 Sivu 29 / 55

5 STABILOINTI 5.1 Yleistä LD-masuunihiekkastabiloinnista Stabiloinnilla tarkoitetaan rakentamisessa ja perusparantamisessa käytettävää menetelmää, jossa parannetaan tien kuormituskestävyyttä sitomalla rakennekerroksia. Masuunihiekkaa on käytetty teiden kantavien kerrosten stabilointiin jo 1990-luvun alusta lähtien ja menetelmästä on tullut vakiintunut käytäntö sekä vanhojen että uusien teiden stabiloinneissa. Teräskuonan ja masuunihiekan sekoitusmassalla on tehty stabilointikokeita laboratoriossa ja ensimmäiset käytännön koerakenteet on rakennettu. LD-masuunihiekan käytössä stabiloinnissa voidaan soveltaa masuunihiekkastabiloinnista annettua ohjeistusta /17/, julkaisun Päällysrakenteen stabilointi /36/ ohjeistusta ja Infrakentamisen yleisiä laatuvaatimuksia / 15/. Stabiloinnissa käytettävässä LD-masuunihiekassa (LD-MaHk St1) sideaineena käytetään ainoastaan teräskuonaa ja masuunihiekkaa. Masuunihiekkastabiloinnin tapaan stabiloinnissa voidaan lisäksi käyttää aktivaattorina sementtiä, jolloin menetelmästä käytetty lyhenne on LD-MaHk St2. LD-masuunihiekkastabiloinnissa sideaineen suositeltavin sekoitussuhde on 50/50 (teräskuona / masuunihiekka), jolloin stabiloinnin avulla saadaan teknisesti paras ja lujittumisen kannalta varmin tulos kantavuuden kehittymisen ollessa laadultaan tasaisinta. LD-masuunihiekkastabiloinnissa ei välttämättä tarvitse käyttää sementtiaktivointia. Sementtiaktivaattoria käytettäessä rakenteesta tulee helposti liian jäykkä, jolloin (liian jäykässä rakenteessa) poikittaishalkeamien esiintymisriski kasvaa merkittävästi. Sementtiaktivaattoria käytettäessä myös työstettävyysaika lyhenee. 5.2 LD-masuunihiekan käytön perusteet stabiloinnissa LD-masuunihiekalla stabiloitu kerros jatkaa sitoutumista liikenteen alla useita kuukausia. Mikäli LD-masuunihiekalla stabiloitu rakenne rikkoutuu routanousun tai liikennekuormituksen vaikutuksesta, sitoutumisreaktio käynnistyy uudelleen rikkoutuneella raepinnalla ja rakenne stabiloituu uudelleen. LD-masuunihiekalla stabiloidun rakenteen sitoutumisprosessi on hitaampi kuin bitumi- ja sementtistabiloidun. Tämän ansiosta LD-masuunihiekalla stabiloidun rakenteen työskentelyaika on pidempi kuin bitumi- tai sementtistabiloidulla rakenteella. 5.3 Stabilointimassan koostumus Stabiloitavan massan raaka-aineet ovat stabiloitavan kerroksen kiviaines, mahdollinen vanhan asfaltin murskauksesta syntyvä asfalttirouhe, lisätty kiviaines, sideaine ja mahdolliset lisäaineet. Asfalttirouheen sisältämä kiviaines on osa stabilointimassan yhdistetyn kiviaineksen rakeisuuskäyrän lajitteista. Stabiloinnissa käytettävien materiaalien tulee täyttää kohdissa julkaisun Päällysrakenteen stabilointi kappaleissa 6.2-6.6 esitetyt vaatimukset. Mikäli käytetään heikkolaatuisempia materiaaleja, tulee laatuvaatimusten alittamisen aiheuttamat riskit tutkia ennakkotestauksilla (lujuuskokeet, vedenkestävyys, jäätymis-sulamiskestävyys ja deformaatio) ja ottaa ne huomioon myös päällysrakenteen mitoituksessa. /36/ Sivu 30 / 55

5.3.1 Kiviaines Stabiloitavan kiviaineksen tulee täyttää InfraRyl 2010 kohdan 213224 sekä julkaisun Päällysrakenteen stabilointi kohdan 6.3 mukaiset vaatimukset rakeisuuden, lujuuden, humuspitoisuuden ja raemuodon osalta tai kohdekohtaiset ohjearvot tulee esittää suunnitelmaasiakirjoissa /15/, /36/. Tarvittaessa rakeisuutta parannetaan runkoainetta lisäämällä siten, että stabiloitavan kerroksen ja lisäkiviaineksen yhdistetty rakeisuus sijoittuu työkohtaiselle ohjealueelle. Stabiloitavan rakennekerrosmateriaalin ohjealue on esitetty kuvassa 13. Kuva 13. Stabiloitavan rakennekerrosmateriaalin rakeisuusalue. 5.3.2 Sideaine LD-masuunihiekkastabiloinnin sideaineena käytetään kappaleen 3 mukaista LD-masuunihiekkaa (LD-MaHk St 1). LD-masuunihiekan suositeltavin sekoitussuhde on 50/50 (teräskuona / masuunihiekka). Mikäli lujittumisen aktivoimiseksi käytetään lisäsideaineena sementtiä, on menetelmästä käytetty lyhenne LD-MaHk St 2. 5.4 Suunnittelu ja mitoitus LD-masuunihiekkastabiloinnin suhteutus tehdään soveltaen masuunihiekkastabiloinnista annettua ohjeistusta /17/ sekä julkaisun Päällysrakenteen stabilointi /36/ ohjeistusta. Stabiloitavasta tierakenteesta otetaan riittävästi kerrosnäytteitä, joista määritetään rakeisuus, vesipitoisuus ja humusluokka. Runkoaineen materiaalin rakeisuuden tulee sijoittua annetulle ohjealueelle (kuva 13). LD-masuunihiekkastabiloinnin suhteutuksessa tulee ottaa huomioon, että sideaineena toimiva LD-masuunihiekka (kuva 5) ja mahdollinen aktivaattori muuttavat myös massan raekokojakautumaa. Asemasekoitteisen LD-masuunihiekkastabilointiseoksen rakeisuudelle valitaan esiselvitysten ja / tai ennakkokokeiden perusteella työkohtainen ohjekäyrä, joka jää kuvan 14 mukaisen yleisen ohjealueen sisään ja on yleisen ohjealueen rajakäyrien suuntai- Sivu 31 / 55