TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEET-TUTKIMUSOHJELMA RA3 KOERAKENTEIDEN RAKENTAMINEN, SEURANTA JA TULOKSET

1 TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEET-TUTKIMUSOHJELMA RA3 KOERAKENTEIDEN RAKENTAMINEN, SEURANTA JA TULOKSET KOHDERAPORTTI: Mt 272 Ämttöö, Kivihiilituhkan käyttö tierakenteissa Porin tuhkatie Markku Juvankoski Harri Kivikoski Espoo 15.11.21

2 SISÄLLYSLUETTELO 1. KOERAKENNUSKOHTEEN YLEISKUVAUS...3 2. SUUNNITELLUT RAKENTEET...4 3. TUHKIEN OMINAISUUKSIEN SELVITYS LABORATORIOSSA...8 3.1 Geoinsinöörit Oy:n tutkimusohjelma...8 3.2 IVO:n suorittamat ennakkokokeet...9 3.3 VTT:n stabiloidulle lentotuhkalle suorittamat laboratoriokokeet...1 3.4 Pohjamaan ja suodatinhiekan routanousukokeet...12 4. KOHTEEN RAKENTAMINEN...13 5. RAKENNUSAIKAINEN LAADUNVALVONTA...14 5.1 Laadunvalvontatoimenpiteet...14 5.2 Tiivistysominaisuudet...15 5.3 Tiivistetyn massan tiiviysaste...16 5.4 Stabiloitujen massojen lujuuskokeet...17 5.5 Kantavuusseuranta...19 5.6 Kerrospaksuudet ja pinnan tasaisuus...22 6. SEURANTAMITTAUKSET...23 6.1 Instrumentointi...23 6.2 Pohjavesi...24 6.3 Pakkasmäärä...24 6.4 Roudan syvyys ja routanousu...25 6.5 Rakennenäytteet...43 6.6 Kuivatilavuuspaino ja vesipitoisuus in situ...47 6.7 Kantavuus...49 6.8 Tasaisuus...57 6.9 Vauriot...67 7. YHTEENVETO...69 7.1 Uusiomateriaaliklinikan aikaiset seurantamittaukset...69 7.2 TPPT-projektin aikaiset seurantamittaukset...71 Pakkasmäärä...71 Pohjavesi...71 Roudan syvyys ja routanousu...71 Kantavuus...72 Rakennenäytteet...76 Kuivatilavuuspaino ja vesipitoisuus in situ...77 Tasaisuus...77 Vauriot...78

3 Alkusanat Tässä työraportissa on esitetty Ympäristögeotekniikkaohjelman Uusiomateriaaliklinikan koerakennuskohteen MUK-11, Kivihiilituhkan käyttö tierakenteissa, Ämttöö- Poikeljärvi, mt 272, keskeisimmät rakenteen suunnitteluun, rakennusaikaiseen laadunvalvontaan ja kohteen jälkiseurantaan liittyvät tulokset. Raportissa on lisäksi esitetty kohteen jakavassa kerroksessa käytetyllä stabiloidulla lentotuhkalla Tekesin Sivutuotteet maa- ja tierakenteissa - Käyttökelpoisuuden osoittaminen, osaprojektissa 3: Kuormitetuissa maarakenteissa käytettävien sidottujen uusiomateriaalien pitkäaikaiskäyttäytymisen tutkiminen laboratoriossa, saatuja tuloksia niiltä osin, kuin ne tätä kirjoitettaessa ovat olleet käytettävissä. Kohde on siirretty kesällä 1998 TPPT-tutkimusohjelman koerakenteiden seurantaohjelmaan. Tässä työraportissa on käsitelty TPPT-tutkimusohjelmassa tehdyt seurantamittaukset kesältä 1998 lähtien. 1. KOERAKENNUSKOHTEEN YLEISKUVAUS

4 Koerakennuskohde, Porin tuhkatie, kuuluu osana Ämttöö-Poikeljärvi välille suunniteltuun uuteen tieyhteyteen, ns. Porin pohjoisen satamatien jatkeeseen. Tämän vuosina 1997-1998 rakennettun tien kokonaispituus on 9,6 km. Tällä tiellä on kesällä 1997 rakennettu Tekesin Ympäristögeotekniikka ohjelman Uusiomateriaaliklinikkaan kuuluvana koerakennushankkeena osuus, jossa koerakennusmateriaaleina on käytetty IVO:n Meri-Porin voimalaitoksen tuhkia, lentotuhkaa ja pohjatuhkaa. Kohteeseen kuuluu kolme tuhkarakenteista maantieosuutta (yhteensä 55 m), maantiehen liittyvä paikallistieosuus (6 m) ja yksityistieosuus (11 m). Kesällä 1998 koerakennuskohde ja rakennettava vertailuosuus siirtyivät TPPT-projektin seurantaan. Lentotuhkaa on käytetty päätien koeosuudella ja kahden liittymän koeosuuksilla jakavassa kerroksessa sementillä stabiloituna. Pohjatuhkan ja lentotuhkan seosta on käytetty lisäksi liittymien kantavassa kerroksessa sementillä stabiloituna ja pohjatuhkaa sellaisenaan liittymien suodatinkerroksessa. Porin satamatien tuhkaosuuden työselitys on laadittu tuhkan tuottajan, IVO:n, tiehankeen pääurakoitsijan eli tuhkarakenteen tilaajan, Tielaitos, Porin urakointiyksikön ja paikallisen konsultin, Geoinsinöörit Oy:n yhteistyönä. Tierakenteiden urakoinnista vastasi YIT-Yhtymä Oy, Insinöörirakentaminen, IVO:n toimeksiannosta. Koerakenne sijottuu kohteessa sekä leikkauspohjille että penkereille. Leikkauskohdissa pohjamaa on etupäässä moreenia (hksrmr-sahkmr). Pengerretyillä (moreenipenger leikkauksista saaduilla massoista) alueilla maapinnassa on ollut myös ohuehkoja (~ 1 m) hienorakeisia maakerroksia. Liittymät on rakennettu osin 2-4 m paksuille jyrkkäreunaisille penkereille. Tie- ja rakennussunnitelmassa on tien päällysrakenneluokaksi valittu 2 AB (poikkileikkaus 8/7). Tien liikennemääräksi on ennustettu 13 ajon./vrk vuonna 22. Raskaan liikenteen osuus on 25 %. Tien ohjenopeus on 8 km/h. 2. SUUNNITELLUT RAKENTEET

5 Kohteeseen suunnitellun normaalin päällysrakenteen, eli vuonna 1998 rakennettavan tuhkarakenteen vertailurakenteen (vertailurakenne 2) rakennekerrokset on esitetty taulukossa 1. Tavoitekantavuudeksi suunnitelmassa on esitetty jakavan kerroksen päältä E 2 = 9 MPa ja kantavan kerroksen päältä E 2 = 16 MPa. Tavoitekantavuudeksi valmiin vertailurakenteen päältä tulee 263 MPa, kun pohjamaan kantavuutena laskelmissa on käytetty 1 MPa. Tuhkarakennealueiden välissä olevissa kallioleikkauksissa rakenne koostuu murskatusta kalliosta, kalliomurskeesta ja asfalttipäällysteestä (vertailurakenne 1). Taulukko 1. Kohteen normaalirakenteiden rakennekerrokset. Vertailurakenne 2 Materiaali Paksuus päällyste AB+ABK 11 cm (6 cm + 5 cm) sitomaton kantava kerros KaM 25 cm jakava kerros KaM 45 cm suodatinkerros hk 3 cm yht. 111 cm Vertailurakenne 1 päällyste AB 5 cm sitomaton kantava kerros KaM -5 15 cm kalliomurske 25-35 cm kallio Vaihtoehtoinen rakenne Geoinsinöörit Oy:n laatiman suunnitelmaselostuksen (Tutkimukset ja vaihtoehtoinen suunnitelma 19.2.1997, muutos A 22.4.1997) mukaan lento- ja pohjatuhkaa voidaan käyttää korvaavina materiaaleina seuraavin edellytyksin: - Lentotuhkarakenne on stabiloitava sementillä tavoitepuristuslujuuden 3 MPa saavuttamiseksi. Lisäksi on ennen pakkaskauden alkua saavutettava 2 MPa:n puristuslujuus. Käytännössä tuhkarakenteen luotettavin tekoaika on huhtikuun alusta syyskuun loppuun. - Massan komponentit on sekoitettava pakkosekoittimella (asemasekoitusmenetelmä). Kostutuksessa voidaan käyttää merivettä. - Tavoitepuristuslujuuksiin pääseminen edellyttää tavanomaisiin materiaaleihin verrattuna huolellisempaa ja tehokkaampaa massan tiivistystä. Vaihtoehtoisten rakenteiden tyyppipoikkileikkaukset on mitoitettu staattisella Odemarkin mitoitusmenetelmällä, jossa tuhkamateriaaleilla käytettävät moduulit on ilmoitettu valituiksi puristuslujuuksien perusteella alan kirjallisuudesta saatujen riippuvuussuhteiden perusteella. Päätiellä (rakennetyyppi 2) ja liittymissä (rakennetyyppi 3) käytettäväksi suunnitellut rakenteet on esitetty taulukoissa 2 ja 3 (muutokset kantavuuksiin ja tiiviysasteisiin tehty A 22.4.1997). Kantavan kerroksen päältä tuhkarakenteiden kantavuustavoitteet ovat yli kaksinkertaiset Tielaitoksen tavanomaiselle rakenteelle asettamaan kantavuustavoitteeseen nähden.

6 Taulukko 2. Päätiellä käytettäväksi suunniteltu ja käytetty tuhkarakenne (rakennetyyppi 2). Rakenne Materiaali Paksuus E-moduuli Tavoite- Vaatimus kantavuus mm MN/m 2 MN/m 2 kulutuskerros AB 16 5 25 416 sidottu kant. BST 15 15 364 jakava LT+YSE 6 % 5 (25+25) 4 162 tiiviysaste 92 % suodatinkangas käyttöluokka 2 suodatin kerr. hk 3 5 24 tiiviysaste 92 % pohjamaa 1 yht. 1 Liittymien kantavassa ja liittymien ja päätien jakavassa kerroksessa käytettyjen tuhkien ohella lentotuhkaa on käytetty kohteessa täytejauheena päätien bitumistabiloidussa kantavassa kerroksessa (kalliomurskeen rakeisuuden korjaus) ja asfaltin täytejauheena. Lisäksi liittymissä on käytetty pohjatuhkaa sellaisenaan suodatinkerroksen materiaalina. Taulukko 3. Liittymissä käytettäväksi suunniteltu ja käytetty tuhkarakenne (rakennetyyppi 3). Rakenne Materiaali Paksuus E-moduuli Tavoite- Vaatimus kantavuus mm MN/m 2 MN/m 2 kulutuskerros AB 16 5 25 45 liimaus bitumiemulsio sidottu kant. PT+LT+YSE 2 15 43 tiiviysaste 95 % 5 % puristuslujuus 6 MPa jakava LT+YSE 6 % 5 (25+25) 4 165 tiiviysaste 92 % suodatinkangas käyttöluokka 2 suodatin kerr. pohjatuhka 3 1 33 tiiviysaste 92 % pohjamaa 1 yht. 15 Päätien toteutetut koeosuudet on esitetty kuvassa 1.

7 Mt 272 Ämttöö - Poikeljärvi plv. 34-134 koeosuudet 1 m Pl. 34 Pl. 566 Pl. 66 Pl. 849 Pl. 885 Pl. 12 Pl.134 Tuhkarakenne: Vertailurakenne 1: Vertailurakenne 2: AB 16 Sidottu kantava BST Jakava LT+YSE 6 % Suodatinkangas Suodatinhiekka Pohjamaa Yht. 5 mm 15 mm 5 mm 3 mm 1 mm AB Kantava KaM -5 kalliomurske Kallio 5 mm 15 mm 25-35 mm AB + ABK Kantava KaM Jakava KaM Suodatinhiekka Pohjamaa Yht. 11 (6+5) mm 25 mm 45 mm 3 mm 111 mm Kuva 1. Päätien toteutetut koeosuudet.

8 3. TUHKIEN OMINAISUUKSIEN SELVITYS LABORATORIOSSA 3.1 Geoinsinöörit Oy:n tutkimusohjelma Ennen rakenteiden valintaa ja mitoitusta tuhkien ominaisuudet selvitettiin Geoinsinöörit Oy:n laatimassa tutkimusohjelmassa. Tutkimusohjelman lähtökohtana oli lentotuhkan käyttö sementillä stabiloituna jakavassa kerroksessa sekä lentotuhkan ja pohjatuhkan käyttö sementillä stabiloituna kantavassa kerroksessa. Tavoitepuristuslujuudeksi 28 vrk ikäiselle jakavan kerroksen massalla oli asetettu 3 MPa ja kantavan kerroksen massalla 6 MPa. Ohjelmassa oli varauduttu myös varastoidun kostutetun lentotuhkan käyttöön kuivan lentotuhkan ohella. Geoinsinöörit Oy:n tutkimusohjelmassa suoritettiin seuraavat määritykset ja kokeet: - kuivan ja kostean lentotuhkan seossuhteen määrittely jakavan kerroksen massaan - lentotuhkan ja pohjatuhkan seossuhteen määrittely kantavaan kerrokseen - optimaalisen seossuhteen määritys em. seoksiin - routanousukokeet molemmille massatyypeille - stabiloitujen koekappaleiden säänkestävyyskokeet (jäädytys-sulatuskokeet). Kaikille massoille on määritetty maksimikuivatilavuuspainot Proctor -kokeessa. Massojen tiiviysastevaatimuksena laboratoriokeissa on ollut 92 %. Puristuslujuusmääritykset on tehty kahta rinnakkaisnäytettä käyttäen. Laboratoriokokeet on suoritettu TTKK Geotekniikan laitoksella ja Rakennusgeologian laitoksella. Puristuslujuusmääritykset on suoritettu siirtymäohjattuina siirtymänopeuden ollessa 1.5 mm/min. Jakavan kerroksen massan seossuhteiden valinnassa käytetty sementtipitoisuus oli 4 % tuhkan kuivamassasta. Kostean ja kuivan tuhkan seossuhteet tutkituisssa seoksissa olivat 1/, 95/5, 9/1, 85/15, 8/2 ja /1. Pelkästään kostutetun tuhkan lujittumista selvitettiin myös 6 % ja 8 % sementtipitoisuuksilla. Sementtilisäyksen ollessa 4 % massojen kuivatilavuuspainot vaihtelivat vain vähän (12.85-13.51 kn/m 3 ), samoin optimivesipitoisuudet (23.4-25.8 %). Suurimmillaan 28 vrk puristuslujuus oli 2 % kuivaa tuhkaa (suurin tutkittu seosmäärä) sisältävällä seoksella 1.66 MPa. Pelkästään kuivaa tuhkaa käytettäessä kuivatilavuuspaino oli suurempi (15.35 kn/m 3 ) ja optimivesipitoisuus alhaisempi (15. %). Kuivan tuhkan puristuslujuus 4 % sementtilisäyksellä oli 2.16 MPa. Pelkästään kosteaa tuhkaa käytettäessä puristuslujuudet olivat eri sementtimäärillä 1.26 MPa (4 %), 1.89 MPa (6 %) ja 2.53 MPa (8 %). Kuivasta tuhkasta tehdyillä näytteillä (sementtiä 6 % ja 4 %) suoritettujen jäädytyssulatuskokeiden (1 jäädytys-sulatussykliä) jälkeen määritetty puristuslujuuksien alenema oli 9 % ja 23 % (YSE 6 %) ja 35 % ja 7 % (YSE 4 %) vertailunäytteisiin nähden. Vertailupuristuslujuudet olivat 2.33 MPa (6 %) ja 2.16 MPa (4 %). Kantavan kerroksen massan seosuhteiden valinnassa käytetty sementtipitoisuus oli 5 % tuhkien kuivamassasta. Lentotuhkan ja pohjatuhkan seossuhteet tutkituisssa seoksissa olivat 7/3, 6/4, 5/5, 4/6 ja 3/7. Seoksen L4/P6 lujittumista selvitettiin myös 3 %, 4 % ja 6 % sementtipitoisuuksilla. Sementtilisäyksen ollessa 5 % massojen kuivatilavuuspainot vaihtelivat vain vähän (14.24-15.4 kn/m 3 ), samoin optimivesipitoisuudet (13.2-14.6 %). Suurimmillaan 28 vrk puristuslujuus oli seoksella L4/P6 7.2 MPa. Muilla seossuhteilla (YSE 5 %) puristuslujuudet olivat 5.45-6.65 MPa. Seossuhteella L4/P6 puristuslujuuden ajallinen kehitys oli 3.96 MPa (7 vrk), 5.71 MPa (14 vrk), 7.2 MPa (28 vrk) ja 7.55 MPa (64 vrk). Samalla seossuhteella puristuslujuudet olivat eri sementtimäärillä 4.61 MPa (3 %), 5.39 MPa (4 %), 5.39 MPa (5 %) ja 7.27 MPa (6%).

9 Suurimmat 28 vrk:n puristuslujuudet antaneista massoista tehdyillä näytteillä (L4/P6 YSE 5 % ja L7/P3 YSE 3 %) suoritettujen jäädytys-sulatuskokeiden (1 jäädytys-sulatussykliä) jälkeen määritetty puristuslujuuksien alenema oli 2 % ja 27 % (YSE 5 %) ja 2 % ja 14 % (YSE 3 %) vertailunäytteisiin nähden. Vertailupuristuslujuudet olivat 7.2 MPa (YSE 5 %) ja 3.57 MPa (YSE 4 %). Routanousukokeissa, jotka suoritettiin kuivalla stabiloidulla (sementtiä 4 % ja 6 % ) lentotuhkalla ja stabiloiduilla lentotuhka-pohjatuhka seoksilla (L7/P3) ja L4/P6) ei havaittu tapahtuvan routimisesta aiheutuvaa koekappaleen pinnan kohoamista. Ennen kaksiportaisena suoritettua routanousukoetta 28 vrk:n ikäisiä näytteitä kyllästettiin 6 vrk:n ajan. Näytteiden vesipitoisuudet ennen kyllästämistä olivat lentotuhkalla 13.3-13.6 %, kyllästämisen jälkeen 21.5-22.3 % ja routanousukokeen jälkeen 22.7-23.5 %. Pohjatuhka/lentotuhkaseoksilla vesipitoisuudet olivat vastaavasti 12.- 12.3 %, 18.-19.7 % ja 2.2-21.7 %. Näytteiden tiiviysasteet lentotuhkanäytteillä olivat 91.8-93.2 % ja pohjatuhka/lentotuhkaseoksilla 92.4-93.8 %. Näiden routanousukokeiden lisäksi SGT Oy on keväällä 1997 suorittanut Meri-Porin voimalaitoksen lentotuhkilla routanousukokeita. Siilotuhkan segregaatiopotentiaaliksi on näissä kokeissa saatu <.1 mm 2 /Kh, kuukauden kasavarastoidulle lentotuhkalle.2 mm 2 /Kh ja kasavarastoidulle sementtistabiloidulle (3 %) lentotuhkalle.1 mm 2 /Kh. Suoritetun laboratoriokoeohjelman perusteella on suunnitelmaselostuksen yhteenvedossa todettu, että tavoitteiksi asetettu puristuslujuus jakavassa kerroksessa saavutetaan parhaiten kuivalla lentotuhkalla 6 % sementtilisäyksellä. Routimattomuus lentotuhkarakenteessa edellyttää puolestaan 2 MPa puristuslujuutta. Kantavassa kerroksessa lento/pohjatuhkaseoksella L4/P6 päästään edellytettyyn 6 MPa puristuslujuuteen 5 % sementtilisäyksellä. Jo 3 % pohjatuhkan lisäyksellä päästään yli 5 MPa puristuslujuuteen. 3.2 IVO:n suorittamat ennakkokokeet Ennen rakennusvaihetta IVO suoritti Meri-Porin voimalaitoksen tuhkasiilosta otetulla lentotuhkalla tiivistyvyyden sekä lujuuskehityksen määritykset. Tutkimustulokset on esitetty IVO:n raporteissa TECH-G31-17 (13.5.1997; 2.4.1997 otettu näyte) ja TECH-G31-21 (28.5.1997; 22.4.1997 saapunut näyte). Maksimikuivatilavuuspainoksi saatiin 2.4.1997 otetulla näytteellä 1.59 t/m 3 ja optimivesipitoisuudeksi 15. %. Tuhkan lujuuden kehitys määritettiin 7 ja 28 vrk:n iässä optimivesipitoisuuteen ja 96-98 % tiiviyteen tiivistetyistä näytteistä. Puristuslujuudeksi saatiin 7 vrk:n iässä 1.2 MPa ja 28 vrk:n iässä 1.9 MPa. Pelkällä lentotuhkalla 22.4.1997 saapuneella näytteellä saatiin maksimikuivatiheydeksi 1.32 t/m 3 ja optimivesipitoisuudeksi 23.1 %. Sementillä (CEM IIA 6 %) stabiloidun lentotuhkan lujuuskehitys määritettiin optimivesipitoisuudessa 92-94 % tiiviysasteeseen tiivistetyillä näytteillä 3, 7 ja 28 vrk:n iässä kolmea rinnakkaisnäytettä käyttäen. Puristuslujuuden keskiarvot olivat 1.1 MPa (3 vrk), 1.7 MPa (7 vrk) ja 2.7 MPa (28 vrk). Aikaisempaan lentotuhkanäytteeseen (2.4.1997) nähden lentotuhkan tiivistäminen vaati suuremman työmäärän. Lentotuhkan optimivesipitoisuus oli myös 8 %- yksikköä suurempi ja maksimikuivatiheys.27 t/m 3 pienempi. Aikaisemmalla näytteellä (2.4.1997) saavutettu 28 vrk puristuslujuus oli ilman sementtiä 1.9 MPa (D=96 %). Pienemmän optimivesipitoisuuden omaavalla tuhkalla on vuonna 1995 saatu sementin kanssa puristuslujuudeksi 8.8 MPa (D=95 %, YSE 6 %, ikä 3 vrk). Erot saavu-

1 tetuissa puristuslujuuksissa ovat suuret, ja raportissa (TECH-G31-21) onkin todettu, että voimalaitokselta tuotetaan ainakin kahta tiivistettävyydeltään ja lujittumisominaisuuksiltaan erilaista lentotuhkaa. Ennakkokokeena on suoritettu myös ennen ko. kohteen rakentamisessa käytettävällä sekoituslaitteistolla selvitys käytettävän sekoitusajan vaikutuksesta sementin sekoittumisesta lentotuhkaan (IVO, Tutkimusselostus U-6645, 12.6.1997). Stabiloituista lentotuhkanäytteistä valmistettujen ohuthieiden mikroskooppisen yleistarkastelun perusteella on todettu, ettei sekoitusajalla (3 s, 45 s ja 6 s) näyttänyt olevan vaikutusta sementin sekoittumiseen. Sen sijaan huokostilan määrä näytti kasvavan sekoitusajan kasvaessa. Lentotuhkaan sekoittumattominen sementtiagglomeraattirakeiden (pääosin φ 1 mm) oli luokkaa < 1 % 3-45 s sekoitusajalla ja 1-2 % 6 s sekoitusajalla. Sekoitusajan ollessa 3 s näytteessä oli vain satunnaisia ilmasulkeutumia, 45 s sekoitusajalla ilmasulkeutumien yhteismäärä oli 2-3 % ja 6 s sekoitusajalla luokkaa 5 %. 3.3 VTT:n stabiloidulle lentotuhkalle suorittamat laboratoriokokeet Porin tuhkatien jakavassa kerroksessa käytettyä sementillä stabiloitua IVO:n Meri- Porin voimalaitoksen lentotuhkaa on käytetty testimateriaalina TEKES:in Ympäristögeotekniikka-ohjelman rahoittamassa uusiomateriaalien tutkimusprojektissa Sivutuotteet maa- ja tierakenteissa - käyttökelpoisuuden osoittaminen. Tämän tutkimusprojektin osaprojektissa 3, Kuormitetuissa maarakenteissa käytettävien sidottujen uusiomateriaalien pitkäaikaiskäyttäytymisen tutkiminen laboratoriossa, stabiloidulla lentotuhkalla on suoritettu laajoja tutkimuksia, jotka ovat käsittäneet joukon tavanomaisiksi luokiteltavia määrityskokeita, kuten dynaamisen jäykkyysmoduulin, puristus- ja vetolujuuden, lämmönjohtavuuden ja vedenläpäisevyyden määritykset sekä pakkasenkestävyyden ja routaparametrien määritykset. Näiden kokeiden lisäksi on stabiloidun lentotuhkan käyttäytyminen on määritetty ko. osaprojektissa TPPTohjelman tavoitteiden mukaisesti kehitetyillä kahdella täysin uudella koetyypillä. Uudet koetyypit ovat käsittäneet materiaalin haurauden ja taivutuskapasiteetin määrittämisen. Hauraus on materiaalin halkeiluherkkyyttä kuvaava suure ja koe suoritetaan väsytyskokeena kimmoisalla alustalla olevalla palkkinäytteellä. Taivutuskapasiteetti puolestaan kuvaa materiaalin sitkeyttä epätasaista painumaa ja routanousua vastaan. Taivutuskapasiteetin määritys suoritetaan pitkäaikaisena pakkotaivutuskokeena. Näiden VTT:n Yhdyskuntatekniikassa suoritettujen kokeiden kuvaukset ja tulokset on esitetty täydellisinä ko. osaprojektin raportisssa. Tässä yhteydessä on esitetty eri kokeissa saatujen tulosten pääkohdat. Osaprojektissa 3 läpiviedyllä koeohjelmalla on testattu TPPT-ohjelmassa laadittuja uusiotuotteille korkealuokkaisssa tierakenteissa asetettavia alustavia tavoitearvoja. Nämä tavoitearvot ja menetelmät niiden määrittämiseksi on myös esitetty em. osaprojektin raportissa. Ennen VTT:n laboratoriokokeissa käytettyjen näytteiden valmistuksen aloittamista suoritettiin lentotuhkan ja sementin (6 % tuhkan kuivapainosta) seoksella parannettu Proctorkoe seoksen optimivesipitoisuuden ja maksimikuivatilavuuspainon määrittämiseksi. Seoksen optimivesipitoisuudeksi saatiin w opt = 25. % ja maksimikuivatilavuuspainoksi γ d = 12.89 kn/m 3. Kokeissa käytetyt näytteet valmistettiin optimivesipitoisuudessa 9-94 % tiiviysasteisiin. Stabiloidun lentotuhkan dynaaminen jäykkyysmoduuli määritettiin 28 ja 18 vuorokauden ikäisillä eri kosteustiloja edustavilla näytteillä. Valmitusvesipitoisuudessa olevilla näytteillä (moduulit 3 näytteen keskiarvoja) saatiin dynaamiseksi moduuliksi 28 vuorokauden iässä n. 14 MPa. Yhden vuorokauden vesiupotuksen jälkeen näyt-

11 teiden moduuliksi (koestusikä 28 vrk) saatiin 16 MPa ja 7 vrk vesiupotuksen jälkeen n. 21 MPa. Koestusiässä 18 vrk valmistusvesipitoisuudessa olevien näytteiden moduuliksi saatiin 23 MPa ja kyllästetyillä näytteillä samoin 23 MPa. 18 vuorokauden ikäisillä näytteillä näytteen vesipitoisuudella ei siis enää ollut vaikutusta dynaamiseen moduuliin, vaan moduulit olivat lähes samat sekä valmistuskosteudessa että kyllästetyillä näytteillä, kun 28 vrk iässä kosteammilla näytteillä saavutettiin suurempia moduulin arvoja kuin valmistuskosteudessa olevilla näytteillä. Stabiloidulla lentotuhkalla suoritettujen puristuskokeiden tulokset on koottu taulukkoon 4. Taulukossa on esitetty näytteiden puristuslujuudet, kokoonpuristumat sekä jännitys-muodonmuutoskäyrältä määritetyt staattiset muodonmuutosmoduulit kolmen kokeen keskiarvona. Näytteet on koestettu tiivistysvesipitoisuudessa, lukuunottamatta 28 vuorokauden ikäisinä koestettuja märkiä (1 vuorokauden vesiupotus) näytteitä ja 28 vrk ja 18 vrk iässä koestettuja kyllästettyjä näytteitä (7 vuorokauden vesiupotus), joilla vedenkestävyyskokeet suoritettiin. Taulukko 4. Stabiloitujen lentotuhkanäytteiden puristuslujuus, kokoonpuristuma, staattinen jäykkyysmoduuli, tiivistysvesipitoisuus ja tiiviysaste (arvot kolmen näytteen keskiarvoja). Koestusikä, vrk Kosteustila Puristuslujuus, MPa Kokoonpuristuma, % Staat. jäykk. moduuli, MPa Tiiviysaste, % Vesipitoisuus, % 7 vrk valmistuskosteus 1,49 1,4 247 93,4 22,7 28 vrk valmistuskosteus 2,18 1,4 322 93,7 22,2 28 vrk märkä 2,17,84 391 93,4 32,5 28 vrk kyllästetty 2,45,67 592 94,5 32,8 9 vrk valmistuskosteus 3,21 1,6 517 94,5 21,9 18 vrk valmistuskosteus 3,48,89 671 93,1 24, 18 vrk kyllästetty 2,35,72 528 93,5 33,1 Stabiloidun lentotuhkan 7 vrk:n puristuslujuus valmistuskosteudessa oli n. 68 % 28 vrk puristuslujuudesta. Koestusiän 28 vrk lujuudesta puristuslujuus kasvoi n. 1.5- kertaiseksi 9 vrk:n ikään mennessä ja n. 1.6-kertaiseksi 18 vrk ikään mennessä. Murtotilan keskimääräinen muodonmuutos pysyi myös eri ikäisissä näytteissä n. 1 % tasolla, ollen kuitenkin 18 vuorokauden ikäisellä näytteellä mitatuista arvoista pienin. Vastaavasti staattisen moduulin arvo oli 7 vrk ikäisellä näytteellä n. 77 % 28 vuorokauden moduulin arvosta. Koestusiästä 28 vrk staattinen moduuli kasvoi 9 vrk:n ikään mennessä n. 1.3 -kertaiseksi ja 18 vrk:n ikään mennessä n. 2.1-kertaiseksi. Koestusiässä 28 vrk näytteen lyhyt- tai pitkäaikaisella kostutuksella ei ollut merkittävää vaikutusta näytteen puristuslujuuteen. Suurin puristuslujuus saatiin kyllästetyllä näytteellä, jonka tiiviysaste tosin oli myös vastaavan ikäisten näytteiden suurin. Sensijaan eripituiset kostutusajat alensivat murtotilassa mitattua murtopuristumaa ja 1 viikon kyllästysajan jälkeen murtokokoonpuristuman oli enää n. 64 % valmistusvesipitoisuudessa mitatusta murtopuristuman arvosta. Kostuttamisen ja kyllästämisen myötä staattisessa moduulissa oli havaittavissa vastaavaa kasvua kuin dynaamisenkin moduulin osalla: lyhytaikaisen kostutuksen jälkeen staattinen moduuli oli n. 21 % ja pitkäaikaisen kyllästyksen jälkeen n. 84 % valmistusvesipitoisuudessa määritettyä staattista moduulia suurempi. Koestusiässä 18 vrk näytteen kyllästäminen sen sijaan vaikutti näytteen puristuslujuutta alentavasti sekä samanikäiseen valmistusvesipitoisuudessa olevan näytteen (alentuminen n. 3 %), että 28 vrk ikäisen kyllästetyn näytteen (alentuminen alle 5

12 %) puristuslujuuteen nähden. Staattinen jäykkyysmoduuli oli myös 18 vrk ikäisellä näytteellä alempi kuin 28 vrk ikäisellä kyllästetyllä näytteellä (alentuminen 1 %) tai 18 vrk ikäisellä valmistuskosteudessa olevalla näytteellä (alentuminen 21 %). Syksyllä 1997 maastosta tien rakennekerroksista otettujen näytteiden vesipitoisuudet vastaavat suuruusluokaltaan kyllästettyjen näytteiden vesipitoisuuksia. Stabiloidun lentotuhkan vetolujuus määritettiin ns. Brasiliankokeena 28 vuorokauden ikäisillä näytteillä. Vetolujuudeksi saatiin kolmen näytteen keskiarvona 29 kpa. Stabiloitujen lentotuhkanäytteiden jäädytys-sulatuskokeet aloitettiin näytteiden ollessa 28 vuorokauden ikäisiä. Silmämäärin tarkasteltuina näytteet kestivät kaksi ensimmäistä jäädytys-sulatussykliä moitteitta. Sen sijaan kolmannen jäädytyssyklin aikana kaikki kokeessa käytetyt kolme näytettä katkesivat suhteellisen siististi näytteen keskikohdasta, eli massa ei tämän ikäisenä kestänyt toistuvaa jäätymistä ja sulamista. Stabiloidun lentotuhkan routivuus määritettiin 28 vuorokauden lujittumisen jälkeen routanousukokeella. Routanousukoe suoritettiin ns. vakiolämpötilakokeena kolmessa vaiheessa siten, että näytettä kuormitettiin 2, 19.6 ja 2 kpa kuormituksilla. Kunkin vaiheen välissä näyte sulatettiin ja kuormitettiin 19.6 kpa kuormituksella. Routanousukokeessa käytetyn näytteen tiiviysaste oli D = 9.1 %. Routanousukokeessa saatiin stabililoidun lentotuhkan segregaatiopotentiaaliksi keskimäärin 1 mm 2 /Kh ja routanousuhteeksi 1.7-3.5 %. Segregaatiopotentiaalin SP suuruuteen perustuvan routivuuskriteerin perusteella materiaali on lievästi routivaa, jos SP on välillä.5...1.5 mm 2 /Kh. Jäätyneessä näytteessä oli havaittavissa myös ohuiden jäälinssien muodostumista n. 1 cm välein. Stabiloidun lentotuhkan vedenläpäisevyys määritettiin 28 vuorokauden ikäisellä materiaalilla kahta rinnakkaisnäytettä käyttäen. Kokeessa käytetiin lieriön muotoisia n. 1.5 cm korkuisia näytteitä. Kummankin näytteen vedenläpäisevyys määritettiin kolmea eri suuruista paine-erogradienttia käyttäen. Materiaalin keskimääräinen vedenläpäisevyys oli k=2,*1-7 m/s. Stabiloidun lentotuhkan lämmönjohtavuus määritettiin sulana ja jäätyneenä kahdesta näytteestä lämmönjohtavuustikulla. Stabiloidun lentotuhkan sulan tilan lämmönjohtavuus vaihteli välillä λ s =.67...71 W/Km, keskiarvon ollessa λ s =.69 W/Km. Tuhkan jäätyneen tilan lämmönjohtavuus vaihteli välillä λ j =.68...77 W/Km, keskiarvon ollessa λ j =.76 W/Km. Tiiviysasteella ei ollut juurikaan vaikutusta materiaalilla saatuun lämmönjohtavuuden arvoon. Palkkinäytteillä suoritettujen kokeiden tuloksia ei ole esitetty tässä yhteydessä, koska tulosten tulkinta on vielä kesken. 3.4 Pohjamaan ja suodatinhiekan routanousukokeet Pohjamaan routivuusominaisuudet selvitettiin tielinjalta otetusta materiaalista (moreeni, pl 4). Myös käytettävän suodatinhiekan routivuus määritettiin samasssa yhteydessä. Viatek-Yhtiöt Oy:n, (Tiehanke Ämttöö-Poikeljärvi, Pohjamaan routakokeet, Loppuraportti 19.8.1997) suorittamissa routanousukokeissa maamateriaalit on tiivistetty luonnontilaisessa vesipitoisuudessaan (hiekka 1.9 % ja moreeni 8.6 %) n. 92 % tiiviysasteeseen (hiekan kuivatilavuuspaino kokeessa 172 kg/m 3 ja moreenin 226 kg/m 3 ). Vakiolämpötilakokeena suoritetuissa routanousukokeissa suodatinhiekan segregaatiopotentiaaliksi saatiin SP =.16 mm 2 /Kh, minkä perusteella materi-

13 aalia on routimatonta. Moreenin segregaatiopotentiaaliksi saatiin SP = 1.3 mm 2 /Kh, minkä perusteella se luokitellaan keskinkertaisesti routivaksi materiaaliksi. 4. KOHTEEN RAKENTAMINEN Koerakennuskohteen tuhkaosuus rakennettiin kesä-heinäkuussa 1997. Kohteeseen kuuluu kolme maantieosuutta (yhteensä 55 m), maantiehen liittyvä paikallistieosuus (6 m) ja yksityistieosuus (11 m). Kohteessa käytettyjen massojen sekoitus suoritettiin massojen kuljetustarpeen vähentämiseksi voimalaitoksen lentotuhkasiilon viereen pystytetyssä sekoitusasemassa. Sementin tasaisen leviämisen varmistamiseksi sekoitus suoritettiin asemasekoituksena annostoimisella pakkosekoittimella, jossa sekoitettavan kerta-annoksen koko on 3 m 3. Sekoittimella pystyttiin annoskohtaisesti säätämään eri aineosien, pohjatuhkan, lentotuhkan, sementin ja veden määrä. Massan valmistuksessa käytettiin vesijohtovettä. Sementin tasainen jakautuminen massaan varmistettiin edellä esitetyillä mikroskooppitutkimuksilla.

14 Sekoitusasemalta massa kuljetettiin kohteeseen, jossa kuormat tyhjennettiin penkereen päätyyn ja levitettiin telepuskutraktorilla. Tuhkan tiivistettävyydessä esiintyvien vaihteluiden johdosta kohteessa suoritettiin oikean tiivistystavan ja työmäärän selvittämiseksi koetiivistys. Koetiivistyksessä kokeiltiin kaikkiaan 25 eri tiivistystapaa, joissa selvitettiin parhaan tiivistystavan löytämiseksi eri kaluston, kalustoyhdistelmien ja ylityskertojen vaikutusta työn lopputulokseen ja optimoitiin tiivistystapaa. Rakentamisvaiheessa lentotuhkakerroksen levitys- ja kuljetuskaluston aiheuttama esitiivistys viimeisteltiin ensin raskaalla sileävalssisella täryjyrällä (paino 12 t) kahta ylityskertaa käyttäen. Lopputiivistys suoritettiin kumipyöräjyrällä (paino 12 t). Kumipyöräjyräyksessä käytettiin 6-1 ylityskertaa. Jakavan kerroksen stabiloitu lentotuhka (rakennetun kerroksen kokonaispaksuus 5 mm) tiivistettiin kahdessa kerroksessa (25 mm + 25 mm). Pölyämisen ja mahdollisen liettymisen estämiseksi tuhkarakenteen pinta peitettiin välittömästi seuraavalla kiviaineskerroksella tai muovikalvolla. 5. RAKENNUSAIKAINEN LAADUNVALVONTA 5.1 Laadunvalvontatoimenpiteet Rakennusaikaisina laadunvalvontatoimenpiteinä suoritettiin kohteessa - stabiloidun massan tiivistysominaisuuksien, maksimikuivatilavuuspainon ja optimivesipitoisuuden, seuranta parannetulla Proctorkokeella keskimäärin joka kolmas työpäivä - tiivistetyn massan vesipitoisuuden ja saavutetun tiiviysasteen seuranta vesivolymetrikokein 5 m välein kustakin tiivistettävästä kerroksesta - lujuuden kehityksen seuranta stabiloidusta massasta n. 1 m välein otetusta massasta tehtyjen puristuslujuuskoekappaleiden avulla - kantavuusseuranta jakavan kerroksen päältä erikseen jokaisesta tuhkarakennekerroksesta kaistakohtaisesti 5 m välein tehdyin levykuormituskokein ja - kerrospaksuuksien ja pinnan tasaisuuden ja kaltevuuden seuranta rakennekerroksen ala- ja yläpinnan vaaituksin.

15 5.2 Tiivistysominaisuudet Stabiloidun massan tiivistysominaisuudet, maksimi kuivatiheys ja optimivesipitoisuus, määritettiin rakentamisen aikana parannetulla Proctorkokeella viidesti. Stabiloidun lentotuhkamassan tiivistysominaisuuksissa esiintyi suurta vaihtelua. Suoritetuissa Proctorkokeissa massan maksimikuivatilavuuspaino vaihteli välillä 12.8-15.8 kn/m 3 ja optimivesipitoisuus välillä 17.2-28.2 %. Jakavassa kerroksessa käytetyllä massalle työn aikana määritetyt maksimikuivatilavuuspainot ja optimivesipitoisuudet on esitetty kuvissa 2 ja 3. Samoissa kuvissa on esitetty myös työvuoroittaiset keskimääräiset rakenteessa toteutuneet tilavuuspainot ja tiivistysvesipitoisuudet. Rakentamisessa käytetty lentotuhka poikkesi kahdesti (18.6.1997 ja 24.6.1997) myös väriltältään (ruskea) ja näin myös hyvin todennäköisesti ominaisuuksiltaan (normaalista) harmaasta lentotuhkasta. Tästä ruskeasta lentotuhkasta ei ole Proctorkokeen tuloksia. Liittymissä käytetyn kantavan kerroksen (lentotuhka/pohjatuhka L4/P6 + sementti 5 %) maksimikuivatilavuuspainoksi saatiin 13.5 kn/m 3 ja optimivesipitoisuudeksi 23.2 %. Pohjatuhka kuitenkin murskaantui Proctorkokeessa, mikä vääristää koetulosta. 16, 14, Tilavuuspaino, kn/m3 12, 1, 8, 6, 4, Max. kuivatilavuusp, kn/m3 Työvuoron ka. tilavuusp., kn/m3 2,, 9.6.97 14.6.97 19.6.97 24.6.97 29.6.97 Aika Kuva 2. Jakavan kerroksen rakentamisaikaiset tiivistysominaisuusmääritykset (Proctorkokeen maksimikuivatilavuuspaino) ja rakenteessa toteutuneet tilavuuspainot (työvuorojen keskiarvo).

16 3, 25, Vesipitoisuus, % 2, 15, 1, w opt, % Työvuoron ka. w, % 5,, 9.6.97 14.6.97 19.6.97 24.6.97 29.6.97 Aika Kuva 3. Jakavan kerroksen rakentamisaikaiset tiivistysominaisuusmääritykset (Proctorkokeen optimivesipitoisuus) ja rakenteessa toteutuneet vesipitoisuudet (työvuorojen keskiarvot). 5.3 Tiivistetyn massan tiiviysaste Tiivistetyn massan vesipitoisuutta ja saavutettua tiiviysastetta seurattiin noin 5 m välein kustakin tiivistettävästä kerroksesta. Liittymän Y2 jakavassa kerroksessa saavutettiin kolmessa eri työvuorossa keskimäärin 89 %, 88 %, ja 91 % tiiviysasteet ja liittymän P1 jakavassa kerroksessa 89 % (yksi työvuoro). Kantavassa kerroksessa (pohjatuhka-lentotuhka -seos) saavutettiin liittymässä Y2 87 % tiiviysaste ja liittymässä P1 79 % tiiviysaste (molemmissa 1 työvuoro). Kantavan kerroksen tiiviysasteet on määritetty työn aikana suoritettuun (edellä esitettyyn) Proctorkokeeseen nähden, jossa pohjatuhkan murskautumisen todettiin mahdollisesti vääristävän tuloksia. Työvuoroittaiset päätien jakavan kerroksen massan saavutettujen tilavuuspainojen ja vesipitoisuuksien keskiarvot on esitetty edellä kuvissa 2 ja 3. Päätien jakava kerros tehtiin kahdeksassa työvuorossa. Näissä saavutetut työvuoroittaiset keskimääräiset tiiviysasteet olivat 9 %, (ei määritystä), 94 %, 87 %, 84 %, 89 %, 9 % ja 93 %. Toisen työvuoron tiiviysastetta ei ole määritetty siinä käytetystä erilaisesta lentotuhkasta johtuen (ruskea tuhka). Viidennessä työvuorossa tiiviysaste (D=84 %) on alhainen, koska tiivistys jätettiin vajaaksi (pl 7-78) kaivamattomista sivuojista johtuvan pettävän maapohjan takia. Myös tässä työvuorossa tuhka oli normaalista poikkeavaa jakavan kerroksen alaosassa (ruskea tuhka pl 75-85). Päätien jakavan kerroksen tiiviysastemääritysten tulokset on esitetty kuvassa 4. Kuvassa on esitetty myös massasta mitatut vesipitoisuudet. Vaikka ruskeasta tuhkasta puuttuvien tiivistysominaisuuksien tutkimusten takia saavutettua tiiviysastetta ei voida määrittää, on massan vesipitoisuudet ja tilavuuspainot mitattu normaalisti myös näistä kohdista.

17 1, 9, Tiivistysvesipitoisuus ja tiiviysaste, % 8, 7, 6, 5, 4, w, % vas alempi kerros w, % oik alempi D, % vas alempi D, % oik alempi w, % vas yläkerros w, % oik ylä D, % vas ylä D, % oik ylä 3, Tiivistyskerroksen alaosa pl 45-5 ja 75-85 tavanomaisesta poikkeava 2, ruskea tuhka, pl 7-78 vajaa tiivistys pettävän tiepohjan takia. 1, 3 4 5 6 7 8 9 1 PL Kuva 4. Päätien jakavan kerroksen tiiviysaste- ja tiivistysvesipitoisuusmääritysten tulokset. Kohteessa sekä päätiellä että liittymissä jakavasta kerroksesta määritetyt tiiviysasteet eri työvuoroissa vaihtelivat välillä 87-94 %. Jakavan kerroksen toteutuneeksi tiivisasteeksi saadaan 9 %, kun keskiarvo lasketaan kaikista tiiviysastemäärityksistä, lukuunottamatta eri tuhkasta rakennettuja ja pehmeän pohjan vuoksi tiivistykseltään vajaaksi jätettyjä alueita. Kantavan kerroksen (pohjatuhka/lentotuhka) toteutuneeksi tiiviysasteeksi saadaan vastaavasti keskimäärin 82 %. Jakavan kerroksen tiiviysastevaatimukseksi on suunnitelmassa esitetty 92 % ja kantavan kerroksen tiiviysastevaatimukseksi 95 %. Jakavassa kerroksessa saavutettu keskimääräinen tiiviysaste jäi siis suunnitelmissa esitettyä tiiviysastevaatimusta n. 2 %-yksikköä alhaisemmaksi. Ainoastaan kahdessa työvuorossa kaikkiaan 12:sta työvuorosta tiiviysaste ylitti vaatimustason (92 %). Myös kantavan kerroksen tiiviysaste jäi alle vaatimustavoitteen kaikissa työvuoroissa. 5.4 Stabiloitujen massojen lujuuskokeet Rakennusaikana jakavasta ja kantavasta kerroksesta otettiin n. 1 m välein massaa, joista massojen lujuuskehityksen seurantaa varten tehtävät puristuslujuuskoekappaleet valmistettiin (Geoinsinöörit Oy). Massoista valmistettujen koekappaleiden puristuslujuuksia määritettiin 3, 7, 28, 64 ja 128 vuorokauden iässä yhteensä lähes 7 koekappaleesta. Liittymien Y2 ja P1 kantavan kerroksen materiaalista tehtyjen näytteiden puristuslujuus oli keskimäärin 4.1 MPa 28 vuorokauden iässä. Liittymien jakavan kerroksen materiaalista tehtyjen näytteiden keskimääräinen puristuslujuus oli vastaavasti 5.4 MPa. Myös päätien jakavan kerroksen materiaalista tehdyistä näytteistä saatiin keskimääräiseksi 28 vuorokauden puristuslujuudeksi 5.4 MPa. Eri kerrosten materiaaleista tehtyjen näytteiden keskimääriset puristuslujuudet sekä mitattujen puristuslujuuksien pienimmät ja suurimmat arvot on esitetty kuvassa 4. Liittymien kantavasta kerroksesta on puristuslujuudet mittattu kunakin ajankohtana

18 (3, 7, 28 vrk) 4 koekappaleesta. Näillä koestusajoilla saadut puristuslujuuden arvot olivat vastaavasti keskimäärin 1,81 MPa, 3,45 MPa ja 4,7 MPa. Jakavasta kerroksesta koestettujen näytekappaleiden lukumäärät olivat 14 (3 vrk), 18 (7 vrk), 1 (28 vrk), 4 (64 vrk) ja 8 (128 vrk). Koestusaikoja vastaavat puristuslujuudet olivat vastaavasti 2,44 MPa, 3,99 MPa, 5,39 MPa, 6,66 MPa ja 6,63 MPa. Liittymien jakavan kerroksen puristuslujuudet olivat lähes samat kuin päätiellä 28 vrk asti, johon liittymien näytteiden lujuuskehitystä seurattiin. Jakavan kerroksen näytteitä voidaan kuitenkin pitää ylitiivistettyinä maastossa saavutettuun tiiviysasteeseen nähden, koska näytteiden keskimääräinen tiiviysaste oli 98.1 % (maasto 9 %). Kantavasta kerroksesta tehtyjen näytteiden keskimääräinen tiiviysaste oli 12.3 %, joten Proctorkokeessa saatua maksimikuivatilavuuspainon arvoa ei voi pitää kovin luotettavana. Tästä päätellen myös kantavan kerroksen todellinen tiiviysaste lienee ollut mitattuja, alhaiseksi jääneitä (keskimäärin 82 %), arvoja suurempi. Kuvassa 5 on esitetty myös Geoinsinöörit Oy:n vaihtoehtosuunnitelmassa eri massoille esitetyt tavoitepuristuslujuudet. Tavoitepuristuslujuus 28 vrk ikäiselle jakavan kerroksen massalla on 3 MPa ja kantavan kerroksen massalla 6 MPa. Kuvassa on lisäksi esitetty VTT:n sidottujen uusiomateriaalien pitkäaikaiskäyttäytymisen tutkimuksessa ko. materiaalilla valmistusvesipitoisuudessa määritettyjen puristuslujuuskokeiden tulokset sekä kohteesta syksyllä 1997 rakenteesta porattujen näytteiden puristuslujuusmääritysten tulokset (IVO:n puristuslujuusmääritykset). Geoinsinöörit Oy:n laadunvalvontamittauksissa puristuslujuus on määritetty voimaohjattuina puristusvoiman nousunopeudella 2.5 kn/s. IVO:n puristuslujuuskokeissa voiman nousunopeus on ollut 5 kn/s. VTT:n suorittamat puristuslujuusmääritykset on tehty siirtymäohjattuina puristusnopeudella 1 mm/min. Koekappaleiden koko kaikissa tapauksissa on ollut sama, korkeus ja halkaisija n. 1 mm. Lujuuden kehitystä varten tehtyjen näytteiden mukaan jakavan kerroksen puristuslujuusvaatimus näyttäisi siis saavutetun jo hyvin varhaisessa vaiheessa. Näytteiden tiiviysaste on kuitenkin ollut keskimäärin 98.1 %, joten näytteet ovat olleet ylitiivistettyjä rakenteessa toteutuneeseen tiiviyteen nähden. VTT:n koetulosten ja rakenteesta otettujen koekappaleiden puristuslujuuksien mukaan vaadittu puristuslujuus on saavutettu vasta myöhemmin, mutta kuitenkin ennen pakkaskauden alkua. Kantavan kerroksen lujuuskehitys on massasta tehtyjen näytteiden havaintojen mukaan ollut jakavan kerroksen lujuuskehitystä heikompaa. Kantavan kerroksen näytteiden keskimääräinen tiiviysaste on ollut 12.3 %, joten Proctorkokeessa suoritettu tiivistäminen on todennäköisesti jäänyt rakeiden rikkoutumisen välttämiseksi liian alhaiseksi. Kantavan kerroksen tavoitteena ollutta lujuustasoa (6 MPa) ei ole saavutettu 28 vrk:n ikäisenä, eikä rakenteesta otettujen koekappaleiden mukaan edes loppusyksyllä, vaan materiaalin puristuslujuus on jäänyt tasolle n. 4 MPa.

19 1, 9, Kantava ka., liitt. 8, 7, Kantava min. liitt. Kantava max. liitt. Puristuslujuus, MPa 6, 5, 4, 3, 2, 1, Jakava ka., liitt. Jakava min. liitt. Jakava max. liitt. Jakava ka., päätie Jakava min. päätie Jakava max. päätie Pitkäaik. projekti, valm. vesipit. Pitkäaik. projekti, kyllästetty Tavoite 28 vrk jakava Tavoite 28 vrk kantava, 3 6 9 12 15 18 Aika, vrk Jakava rakennekoekappaleet 13.11.97 Kantava rakennekoekappaleet 13.11.97 Kuva 5. Stabiloidun lentotuhkan lujuuden kehittyminen tielinjalta otetussa ja erikseen tiivistetyssä massassa sekä VTT:n sidottujen materiaalien tutkimusprojektissa, jossa massa on sekoitettu laboratoriossa (3 näytteen keskiarvot). Rakennenäytteiden puristuskokeiden keskiarvot (16 näytettä jakava; 8 näytettä kantava). Suunnitelman mukaiset tavoitepuristuslujuudet. 5.5 Kantavuusseuranta Stabiloitujen tuhkakerrosten kantavuuskehitystä seurattiin kerrosten päältä tehdyillä levykuormituskokeilla. Levykuormituskokeet tehtiin kerrosten päältä erikseen jokaisesta tuhkarakennekerroksesta kaistakohtaisesti noin 5 m välein. Liittymien jakavan kerroksen kantavuuden kehittymistä seurattiin heti tiivistämispäivästä 3 vuorokauden ikäiseksi. Tiivistyspäivänä suoritetuissa levykuormituskokeissa jakavalla kerroksella saatiin keskimääräiseksi kantavuudeksi E 2 = 44 MPa ja tiivistystä seuraavana päivänä E 2 = 69 MPa. Kahden vuorokauden kuluttua tiivistämisestä kantavuus oli keskimäärin E 2 = 193 MPa ja kolmen vuorokauden kuluttua E 2 = 289 MPa. Jakavalle kerrokselle asetettu kantavuusvaatimus (9 MPa) saavutettiin 2 vrk iässä ja jakavalle kerrokselle suunnitelmissa esitetty tavoitekantavuus (26 MPa) 2-3 vrk:n iässä. Jakavan kerroksen pinnalta suoritettujen mittausten keskimääräinen tiiviyssuhde oli E 2 /E 1 = 1.86. Liittymien jakavasta kerroksesta eri ikäisinä (aika laskettu ko. kohdan tiivistämisestä) suoritettujen levykuormituskokeiden tulokset on esitetty kuvassa 6. Kuvassa on esi-

2 tetty myös jakavan kerroksen kantavuusvaatimus ja ko. kerrokselle suunniteltu tavoitekantavuus. Levykuormituskokeen E2, MPa 35 3 25 2 15 1 5 1 1 1 1 2 Määritysikä, vrk 2 3 E2, MPa Jakavan tavoitekantavuus, MPa Jakavan kantavuusvaatimus, MPa Kuva 6. Kantavuuden kehitys liittymien jakavassa kerroksessa. Päätien jakavan kerroksen kantavuuden kehitystä seurattiin 1 vrk iästä 9 vrk:n ikään saakka. Keskimääräiseksi kantavuudeksi saatiin 1-2 vrk:n iässä E 2 = 169 MPa, 3-5 vrk:n iässä E 2 = 36 MPa ja 7-9 vrk iässä E 2 = 312 MPa. Jakavalle kerrokselle asetettu kantavuusvaatimus (9 MPa) saavutettiin jo 1 vrk iässä ja jakavalle kerrokselle suunnitelmissa esitetty tavoitekantavuus (162 MPa) 2 vrk:n iässä. Kaikissa yli 2 vrk ikäisinä tai sitä vanhempina suoritetuissa kokeissa mitatut kantavuudet ylittivät kerroksen tavoitekantavuuden. Päätien jakavan kerroksen pinnalta suoritettujen mittausten keskimääräinen tiiviyssuhde oli E 2 /E 1 = 2.26, mihin vaikuttaa kaksi mittauksissa saatua E 2 /E 1 > 4 olevaa tiiviyssuhdetta kaikkiaan 18 mittauksesta. Päätien jakavasta kerroksesta eri ikäisinä (aika laskettu ko. kohdan tiivistämisestä) suoritettujen levykuormituskokeiden tulokset on esitetty kuvassa 7. Kuvassa on esitetty myös jakavan kerroksen kantavuusvaatimus ja ko. kerrokselle suunniteltu tavoitekantavuus. 4 Levykuormotuskokeen E2, MPa 35 3 25 2 15 1 5 1 2 2 3 4 5 7 Määritysikä, vrk 8 9 E2, MPa Jakavan tavoitekantavuus, MPa Jakavan kantavuusvaatimus, MPa