fill-R® SUUNNITTELU- JA MITOITUSOHJE TIE-, KATU
fill-R ® SUUNNITTELU- JA MITOITUSOHJE TIE-, KATU- JA MAARAKENTEISSA fill-R ® www.fill-r.fi [email protected] SMARTERTHANROCK.FI Kölkynvuorentie 8 44500 Viitasaari Finland SUUNNITTELU- JA MITOITUSOHJE TIE-, KATU- JA MAARAKENTEISSA Sisällys Sisällys 2 1. Johdanto 3 2. fill-R ® ja sen valmistus 4 3. fill-R ®:n käyttökohteet 4 4. fill-R ®:n ominaisuudet 5 5. fill-R ® rakenteiden suunnittelu ja mitoitus 8 5.2 Kuivatus��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 8 5.3.3 Mitoitus����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 14 6. Rakentamisen työselitys 14 6.1 Ohjeen soveltaminen���������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 14 6.2 Fill-R®:n varastointi, käsittely ja kuljetus����������������������������������������������������������������������������������������� 14 6.3 Kuivatus ja alusrakenteet����������������������������������������������������������������������������������������������������������� 15 6.4 Päällysrakenne������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 15 6.4.1 Suodatinkerros���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 15 6.4.2 Fill-R®:n levittäminen ja tiivistäminen��������������������������������������������������������������������������������������� 15 6.4.3 Fill-R®:n laatuvaatimukset������������������������������������������������������������������������������������������������������� 15 7. Fill-R®:n tilaaminen ja toimitukset 15 8. Kirjallisuus 16 Liite 1��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 17 2 fill-R 1. Johdanto Tässä ohjeessa esitetään tekniset suunnittelu- ja mitoitusohjeet karkearakeisen Fill-R®:n käytölle katu- ja tierakenteissa täyttö- ja suodatinkerroksen materiaalina perustuen laboratoriotutkimuksiin ja koerakentamisesta saatuihin kokemuksiin. Tuotetta voidaan käyttää muissa infrarakentamisessa kohteissa joissa materiaalilta edellytetään hyvää lämmöneristyskykyä, routimattomuutta, keveyttä ja mekaanista kestävyyttä. Tällaisia kohteita ovat mm. piha- ja paikoitusalueet, putkijohtokaivannot ja erilaiset täyttökohteet. Fill-R® on hienojakoisesta lentotuhkasta teollisesti rakeistettua karkearakeista materiaalia. Rakeistuksen jälkeen tuhkarakeet ovat huokoisia, keveitä ja mekaanista rasitusta kestäviä. Tuhka on myös hydraulisesti sitoutuva materiaali, jonka lujittumista voidaan vielä lisätä ja nopeuttaa tarvittaessa sideaineiden avulla. Rakeistuksen avulla rakeiden kokoa ja raekokojakaumaa voidaan muuttaa käyttökohteen vaatimusten mukaisesti. Rakeita voidaan myös varastoida käyttökohteissa karkearakeisten maamateriaalien tapaan. Hyvien kiviainesvarojen vähentyminen, kuljetusmatkojen piteneminen ja pohjaveden suojelutarve ovat lisänneet soraa ja hiekkaa korvaavien materiaalien käyttöönottotarvetta. Samanaikaisesti useilla teollisuuden aloilla muodostuu suuria määriä ominaisuuksiltaan luonnonkiviaineksia vastaavia mineraalisia sivutuotteita, joita voidaan käyttää korvaavina materiaaleina maarakentamisessa. Suomessa syntyy esimerkiksi energian tuotannossa tuhkaa yhteensä noin 1,5 miljoona tonnia/vuosi, jonka määrä jonkin verran vaihtelee vuosittain energiatarpeen ja saatavuuden mukaan. Hienojakoisen tuhkan hyötykäyttöä voidaan lisätä rakeistamalla tuhka raekokojakautumaltaan karkearakeiseksi materiaaliksi. FA Forest Oy rakeistaa Viitasaaren tuotantolaitoksessa energiantuotannossa syntyvää tuhkaa maarakennuskäyttöön. Vuosittainen tuotantomäärä on tällä hetkellä (2012) noin 40 000 tn. fill-R 3 2. Fill-R ® valmistus Fill-R® valmistetaan FA Forest Oy:n Viitasaaren tuotantolaitoksella, sen pääraaka-aine on kuiva lentotuhka. Tuotantoprosessissa pölymäinen tuhka saatetaan raemaiseen muotoon pyörivässä liikkeessä. Rakeistamisessa hyödynnetään tuhkan omia lujittumisominaisuuksia. Tuhkan rakeistuksessa ei käytetä puristavaa voimaa, joten rakeet säilyttävät alhaisen ominaispainonsa ja toimivat hyvin eristeinä. Fill-R® seulotaan tarvittaessa haluttuun raekokoon. Raaka-ainetuhkan teknistä ja kemiallista laatua sekä tuotteiden teknisiä ominaisuuksia seurataan jatkuvasti, jotta pystytään valmistamaan tasalaatuista tuotetta. Viitasaaren tuotantolaitoksella voidaan valmistaa noin 100 000 tn maanrakennukseen käyttökelpoista fill-R®:iä vuosittain. Tämä vastaa noin 70 000 tiivistettyä rakennekuutiota. FA Forest Oy:llä on toimintaansa ympäristölupa ja yritys on teettänyt tuotannon kasvattamisen vaatiman ympäristövaikutusten arviointi –selvityksen (YVA), joka valmistui vuonna 2012. 3. Fill-R ®:n käyttökohteet Fill-R®:iä on teknisesti mahdollista käyttää useissa infrarakentamisen kohteissa. Hyvän lämmöneristekyvyn johdosta fill-R® toimii tehokkaana routaeristeenä. Tie- ja maarakentamisessa fill-R®:iä voidaan käyttää routaeristeenä suodatinkerroksessa (kuva 2). Kevyenä ja hyvänä routaeristeenä fill-R® soveltuu myös kunnallistekniikan putkijohtokaivantojen materiaaleiksi eri rakennekerroksiin (kuva 1). Arina- tasauskerrokselta edellytetään riittävää kantavuutta ja vähäistä kokoonpuristuvuutta. Alku- ja lopputäyttömateriaalien edellytetään routimattomuutta, jäätymissulamiskestävyyttä ja riittävää vedenläpäisevyyttä. Materiaalin tulee olla myös helposti kaivettavaa. Fill-R® soveltuu hyvin myös kaukolämpöputkikaivantojen täyttömateriaaleiksi. Muita tuhkarakentamiseen soveltuvia maarakennuskohteita ovat mm. kevyenliikenteen väylät, urheilupaikkarakenteet sekä piharakenteet ja paikoitusalueet. Lentotuhkien teknistä käyttöä voi rajoittaa jossakin määrin sen aiheuttama korroosioriski, jonka voimakkuus vaihtelee eri materiaaleilla. Korroosio on merkityksetöntä haponkestävien terästen, betonin ja useimpien muovien yhteydessä. Sen sijaan valurauta, ruostumaton teräs ja alumiini syöpyvät ollessaan kontaktissa tuhkaan. fill-R Lopputäyttö Kantava kerros / Jakava kerros fill-R Suodatinkerros fill-R fill-R Pohjamaa Routiva siltti Alkutäyttö fill-R Suodatinkangas fill-R Tasauskerros Arina Kuva 1. Fill-R®:n käyttökohteita tie- ja katurakenteissa sekä putkijohtokaivannoissa. 4 fill-R 4. Fill-R ®:n ominaisuudet 4.1 Ympäristöominaisuudet Tuhkan rakeistusprosessilla pystytään merkittävästi vähentämään tuhkan pölyämistä ja tuhkan sisältämien raskasmetallien liukenemista. Fill-R®:iä voidaan käyttää katu- ja piharakenteissa ilman ympäristölupaa nk. MARA-asetuksen mukaisesti alhaisten liukoisuuksien vuoksi. FA Forest Oy:n valmistama fill-R® soveltuu päällystettyihin kohteisiin. Fill-R® alittaa Valtioneuvoston asetuksessa /5/ eräiden jätteiden hyötykäytöstä maarakentamisessa (VNa 591/2006 ns. MARA-asetus) asetetut päällystetyn rakenteen haitta-aineiden kokonais pitoisuus- ja liukoisuusraja-arvot selvästi, joten raetta voidaan käyttää ilman ympäristölupaa rakentamisessa. Ilmoitusmenettelyyn sopivia kohteita fill-R®:lle ovat: • yleiset tiet, kadut, pyörätiet ja jalkakäytävät sekä niihin välittömästi liittyvät, tienpitoa tai liikennettä varten tarpeelliset alueet, pois lukien meluesteet • pysäköintialueet • urheilukentät sekä virkistys- ja urheilualueiden reitit • ratapihat sekä teollisuus-, jätteenkäsittely- ja lentoliikenteen alueiden varastointikentät ja tiet Ilmoitusmenettelyllä voidaan rakentaa maankäyttö- ja rakennuslaissa (132/1999) tarkoitetun katusuunnitelman, yleisen alueen toteuttamissuunnitelman, luvan tai ilmoituksen taikka yleisistä teistä annetussa laissa (243/1954) tai maantielaissa (503/2005) tarkoitetun tiesuunnitelman mukaisesti, ei kuitenkaan tärkeillä pohjavesialueilla. Rakentamisen on oltava ammattimaista. Jos rakentaminen ei ole ammattimaista ja fill-R® käyttö kohteessa alittaa 200 tn rajan, asiasta on sovittava kunnan kanssa. Useilla kunnilla on oma ilmoitusmenetelmänsä pienten ilmoitusmenettelyn vaativien erien rakennuskäyttöön. Jos rakentaminen on mittakaavaltaan ammattimaista, mutta asetuksen ilmoitusmenettelylle asettamat muut ehdot eivät täyty, fill-R® rakentamiseen tulee hakea ympäristölupaa. Käytettävän tuotemäärän perusteella lupa haetaan joko kunnalta tai aluehallintovirastolta. 4.2 Tekniset ominaisuudet 4.2.1 Rakeisuus Fill-R® valmistetaan tuotannossa rakeisuusalueille 0…40 mm ja geoteknisen maalajiluokituksen mukaisesti se vastaa maalajiltaan soraa (Sr) ja materiaali on routimatonta. Raemuodoltaan tuhkarakeet ovat pyöristyneitä ja väriltään tumman ruskeita. Fill-R®:n tyypillinen rakeisuuskäyrä on kuvassa 2 esitetyn mukainen. Hienoaineksen määrä (< 0,06 mm) on < 3 % ja keskimääräinen raekoko d50 on 8…12 mm. fill-R 5 Kuva 2. Fill-R®:n raekokojakauma 0…40 mm. 4.2.2 Tilavuuspaino ja vesipitoisuus Fill-R®:n toimitusvesipitoisuus on 40 % (kuivasta massasta laskettuna). Irtotilavuuspaino kuormaauton lavalla työmaalle kuljetettaessa on noin 11 kN/m3 itd. Rakenteeseen tiivistettynä tilavuuspaino on noin 14 kN/m3 rtd 4.2.3 Lämmönjohtavuus ja routivuus Fill-R® on huokoinen materiaali, jonka vuoksi sen lämmönjohtavuus on luonnon maamateriaaleja pienempi. Fill-R®:n lämmönjohtavuus riippuu vesipitoisuudesta siten, että normaalikäyttötilassa se on sulana 0,5 W/Km ja jäätyneenä 0,6 W/Km. Kuivissa olosuhteissa lämmönjohtavuus on pienempi ja märissä olosuhteissa vastaavasti suurempi (taulukko 2). Korkea vesipitoisuus on huomioitu routamitoituksissa. Murske 250 mm Murske 500 mm fill-R 600 mm K1 fill-R 900 mm K4 K5 K6 K2 Lämpötila-anturi 11kpl Pt100 k/k 200mm K3 Kosteusanturi Pohjamaa siltti Pohjamaa siltti Siirtymäanturi Kuva 3. Mittausantureiden sijainti fill-R® koerakenteissa (koerakenne 1, fill-R® kerroksen paksuus = 600mm, Koerakenne 2, fill-R® kerroksen paksuus on 900mm). 6 fill-R Kuva 4. Roudan syvyys kuvan 3 koerakenteissa talvella 2012-2013. Pakkassumma kohteella mittausaikana oli 24975oCh. Taulukko 2. Fill-R®:n lämmönjohtavuudet sulassa ja jäätyneessä tilassa. Näyte w Kuivatilavuuspaino Lämmönjohtavuus [%] Vd [kN/m3] - [W/Km] sula (+ 15 °C) - [W/Km] jäätynyt (-15 °C) Kuivat olosuhteet 40 10 0,4 0,5 Normaali olosuhteet 45 10 0,5 0,6 Kosteat olosuhteet 50 10 0,6 0,7 *) *) w on veden massa %:ja kuivan näytteen massasta Luonnonmateriaaleista suodatinkerroksena käytettävän hiekan lämmönjohtavuus on suuruusluokaltaan sulana noin 1,4 W/Km ja jäätyneenä noin 2,0 W/Km. Lämmönjohtavuuteen vaikuttaa etenkin vesipitoisuus ja tilavuuspaino. Laboratoriomittauksin saatujen lämmönjohtavuusarvojen todenmukaisuus on varmennettu mittaamalla roudan syvyys myös koerakenteissa (kuva 3.). 4.2.4 Vedenläpäisevyys ja kapillaarinen nousukorkeus Fill-R®:n kapillaarinen nousukorkeus on noin 35 cm. Tuotetta ei ole suositeltavaa sijoittaa kohteisiin, jossa se joutuu pitkäaikaisesti pohjavedenpinnan alapuolelle. Tällöin materiaalin vesipitoisuus voi kasvaa 0,5 m paksuudelta lukuarvoon noin 50 %. Korkea vesipitoisuus pienentää yleensä hieman rakeiden lujuutta, joten rakenteen kuivatus on perusteltua myös pitkäaikaisen kuormituskestävyyden kannalta etenkin raskaan kuormituksen alaisissa kohteissa. Fill-R®:n vedenläpäisevyys on noin 2,5 x 10-4 m/s ja vastaa karkean hiekan tai soran vedenläpäisevyyttä. 4.3 Tiivistettävyys ja kantavuus Fill-R® tiivistetään rakenteeseen toimituskosteudessa, joka on yleensä noin 40 %. Vesipitoisuuden vaihteluväli on käytännössä rakennuskohteessa noin ± 3 % -yksikköä. Rakenteeseen tiivistetyn fillR®:n tilavuuspaino vaihtelee tiivistämisen määrästä riippuen 14…15 kN/m3. fill-R 7 Fill-R®:n tiivistettävyyttä määritettäessä ei suositella tehtäväksi Proctor –koetta, koska tiivistämistapa voi aiheuttaa rakeiden hienontumista. Tiivistymistä kuvaa paremmin rakenteesta mitattu kantavuus joko ennen tai jälkeen tiivistämisen. Fill-R®:n tiivistymiskerroin on noin 0,8. Tiivistymiskertoimella tarkoitetaan todellisen rakennetilavuuden (m3rtd) ja irtotilavuuden (m3itd) välistä vuorosuhdetta. Kuorma-auton lavalla työmaalle kuljetettaessa fill-R® painaa keskimäärin 11 kN/m3itd 42% kosteudessa. Fill-R®:n kantavuusominaisuudet vastaavat hyvin suodatinkerrokselta vaadittavia kantavuuksia. Fill-R® voidaan tiivistää tavanomaisilla työmenetelmillä ja työmäärillä. Kantavuuden (E2 –moduuli) mitoitusarvona voidaan käyttää 65…75 MPa:a tiivistettynä esim. 7 tn kaksivalssijyrällä. Ylistyskertojen määräksi suositellaan 6..8 ylityskertaa. Mikäli pohjamaan kantavuus on heikko eikä tiivistämistä voida suorittaa riittävästi tulee fill-R® kerroksen mitoituskantavuus arvioida tai määrittää erikseen. 5. Fill-R ® rakenteiden suunnittelu ja mitoitus 5.1 Päällysrakenteiden mitoitus Tiet on jaoteltu liikennemäärien mukaisesti päällysrakenneluokkiin ja kadut vastaavasti katuluokkiin, joiden perusteella määräytyvät rakennekerrosten ominaisuudet ja paksuudet. Mitoitettaessa valitaan päällystetyypin ja kuormituskertaluvun avulla tieosalle päällysrakenneluokka ja kadulle liikennemäärien mukainen katuluokka ja sitä vastaava tavoitekantavuus. Eri päällysrakenne- ja katuluokille on esitetty tavoitekantavuus päällysteen ja kantavan kerroksen päältä. Tavoitekantavuudet vastaavat levykuormituskokeella saavutettavia kevätkantavuuksia. Routamitoituksen avulla puolestaan estetään rakenteisiin muodostuvat haitalliset vauriot kuten pituussuuntaiset halkeamat sekä roudan sulamisen aiheuttama kantavuuden aleneminen. Tässä ohjeessa esitetään rakenteen routamitoitus ja kuormitusmitoitus, kun Fill-R® on suodatinkerroksen materiaalina. Suodatinkerroksen tehtävänä on estää päällysrakenteen ja alusrakenteen materiaalien sekoittuminen keskenään sekä katkaista veden kapillaarinen nousu alusrakenteesta ylempiin rakennekerroksiin. Suodatinkerroksen avulla kasvatetaan routimattoman päällysrakennekerroksen paksuutta, mikä vähentää alusrakenteen routimisesta aiheutuvaa routanousua. Tierakenteen routakäyttäytyminen ilmenee routanousuna ja/tai sulamisvaiheen kantavuuden alenemisena. Suodatinkerroksen paksuutta muuttamalla rajoitetaan roudan tunkeutumista routivaan pohjamaahan ja siten routimisen haitallisia vaikutuksia. Routamitoitusohje on laadittu siten, että esimerkkitapauksiksi on valittu kaksi tyypillistä katurakennetta ja yksi tierakenne. Mitoituskäyrästöjen avulla voidaan mitoittaa päällysrakenne joko sallitun routanousun perusteella tai määrittämällä roudan tunkeutuminen routivaan pohjamaahan. Fill-R® rakenteen suunnittelu ja mitoitus noudattaa tie- ja katurakenteiden yleisiä suunnittelu- ja mitoitusperusteita perustuen fill-R®:n teknisiin ominaisuuksiin. Routamitoitus perustuu laboratoriossa mitattuihin lämpöteknisiin ominaisuuksiin ja kantavuusmitoitus rakenteista mitattuihin kantavuuksien arvoihin. 5.2 Kuivatus Fill-R® rakenteen kuivatuksen suunnittelussa noudatetaan Liikenneviraston voimassa olevia kuivatuksen suunnitteluohjeita /3/. Fill-R® rakenteen ollessa toimituskosteutta märempi, kasvaa sen lämmönjohtavuus kuten luonnonmateriaaleillakin ja vastaavasti kantavuus alenee. Fill-R® 8 fill-R rakeiden vesipitoisuuden tulee pysyä normaalikäyttötilassa, jotta se voi toimia lämmöneristeenä pitkäaikaisesti. Fill-R®:n ollessa pysyvästi kosketuksissa veteen, kostuu materiaali kapillaarisen nousun johdosta haitallisesti. 5.3 Tie- ja katurakenteiden mitoitus Katurakenteiden päällysrakenteet mitoitetaan kantavuus- ja routamitoituksen avulla (kuva 3). Kantavuusmitoitus suoritetaan yleensä ensin ja mikäli pohjamaa on routimatonta, saadaan kantavuusmitoituksen avulla lopulliset rakennekerrospaksuudet. Pohjamaan ollessa routiva lasketaan rakenteen routanousu ja mikäli laskettu routanousu on suurempi kuin sallittu routanousu, lisätään Fill-R® kerroksen paksuutta. Kantavuus- ja routamitoituksen ohella tulee mitoituksessa ottaa huomioon rakenteiden painuma ja stabiliteetti. Tierakenteiden kuormituskestävyys ja routamitoitus suoritetaan Liikenneviraston hallinnoimissa kohteissa ohjeen TIEH 2100029-v-04 mukaisesti. Mitoituskriteerit - tavoitekantavuus -sallittu routanousu Valitaan alustavat kerrospaksuudet Kantavuusmitoitus - saavutetaanko tavoitekantavuus? Lisätään päällysrakenteen (päällyste, kantava, jakava) paksuutta EI KYLLÄ EI Onko pohjamaa routiva? Lisätään fill-R kerroksen paksuutta KYLLÄ Routamitoitus - onko laskettu routanousu < sallittu routanousu? EI KYLLÄ Lopulliset kerrospaksuudet Kuva 5. Fill-R® rakenteen kantavuus- ja routamitoituskaavio. 5.3.1 Kantavuusmitoitus Päällysrakenteen kantavuusmitoitus voidaan suorittaa Odemarkin mitoituskaavan (1) avulla tai kuormituskestävyyden avulla (ns. analyyttinen mitoitusmenetelmä), jossa käytetään jännitystilasta riippuvia moduuleja. Mitoituskriteereinä ovat tällöin päällysteen alapinnan venymä ja rakennekerrosten sallitut muodonmuutokset. Analyyttinen mitoitusmenetelmä edellyttää, että tunnetaan materiaalikohtaiset väsymisfunktiot. fill-R 9 Fill-R®:n kantavuusmitoitus suoritetaan tässä ohjeessa Odemarkin menetelmällä joka edellyttää, että tunnetaan sekä pohjamaan että rakennekerrosten E-moduulit. Kantavuusmitoitus suoritetaan kantavuuskaavan (1) avulla. Kantavuuskaavan avulla voidaan laskea kerroksen päältä saavutettava kantavuus (EY-arvo), kun tunnetaan kerrospaksuus h, kerrosmateriaalin E -moduuli ja kerroksen alla olevan kerroksen kantavuus (EA-arvo). Vastaavasti voidaan laskea kuinka paljon rakenteen kantavuus lisääntyy, kun rakenteen paksuutta lisätään. (1) missäEY on E A h E mitoitettavan kerroksen päältä saavutettava kantavuus [MN/m2] mitoitettavan kerroksen alta saavutettava kantavuus [MN/m2] mitoitettavan kerroksen paksuus [m] mitoitettavassa kerroksessa käytettävän materiaalin E-moduuli [MN/m2] Lisäehto 1: Sitomattoman kerroksen käyttökelpoinen E on enintään 6 x EA. Lisäehto 2: Yhteenliimaantuneet ehjät bitumilla sidotut (E ≥ 1500 MN/m2) kerrokset lasketaan yhtenä kerroksena. Alusrakenteen kantavuusluokituksena käytetään Liikenneviraston suunnitteluohjeiden mukaista alusrakenteen kantavuusluokitusta. Alusrakenteen kantavuusluokka arvioidaan normaalitapauksessa pohjamaan maalajin perusteella. Kantavuusmitoituksessa fill-R®:n E-moduulina voidaan käyttää 70 [MN/m2] tiivistettynä 7 tn kaksivalssijyrällä 6 ylityskerralla fill-R®:n toimitusvesipitoisuudessa (40 %). Kantavuus voidaan myös mitata rakenteesta joko levykuormituskokeen tai pudotuspainolaitteen mittausten avulla, jolloin mitoituksessa voidaan käyttää mitattuja E-moduulin arvoja. 5.3.2 Routamitoitus Fill-R®:n lämmönjohtavuus on luonnonmateriaaleja pienempi, jolloin se toimii routaeristeenä rakenteissa. Fill-R® rakenteella rajoitetaan roudan tunkeutumista routivaan pohjamaahan ja estetään routanousua aiheuttavien jäälinssien muodostuminen pohjamaassa. Mitoitus nomogrammeissa esitetyt käyrästöt perustuvat roudan syvyyden ja routanousun samanaikaiseen numeeriseen laskentaan, kun tunnetaan materiaalien lämpötekniset ominaisuudet sekä pohjamaan routivuuskerroin. Laskentamenettelyä käytetään yleisesti katu- ja piharakenteiden routamitoituksessa. Routamitoitus voidaan vaihtoehtoisesti tehdä empiirisen laskentayhtälön (2) avulla (Tierakenteen suunnittelu, TIEH 2100029-04) /4/. Tätä menettelyä käytetään yleisesti Liikenneviraston (ent. Tiehallinto) hallinnoimissa suunnittelukohteissa. 10 fill-R (2) missä RNlask on R1 Rrva S a1 arva t trva laskennallinen routanosu (mm) routimattoman kerroksen paksuus (mm) routivan kerroksen paksuus (mm) mitoitusroudan syvyys (mm) materiaalin vastaavuus eristävyyden kannalta (-) routivan kerroksen vastaavuus eristävyyden kannalta (-) alusrakenteen routaturpoama (%) routivan kerrosmateriaalin routaturpoama (%) Routamitoituksen lähtökohtana ohjeessa on routanousun laskenta katurakenteen tyyppipoikkileikkaukselle mitoittavan pakkasmäärän avulla. Mitoituspakkasmääränä käytetään yleensä tilastollisesti kerran 10:ssä (F10) vuodessa tai kerran 20:ssä (F20) vuodessa toistuvaa pakkasmäärää (liite 1). Mitoituskäyrästöt on laadittu pakkasmäärille 30000…50000 °Ch. Pohjamaan oletetaan olevan routivaa silttiä, jonka routivuuskerroin vaihtelee 2 … 10 mm2/Km ja pohjaveden syvyys on 2 m. Tie/katurakenteen routamitoitus suoritetaan tässä ohjeessa kantavuudeltaan katuluokkaa 3 ja 5 vastaaville rakenteille sallitun routanousun mukaisesti mitoitusnomogrammien avulla, joiden kantavuudet päällysteen päältä ovat 350 MN/m2 ja 200 MN/m2 (kuvat 5 ja 6, taulukko 4). Taulukko 4. Fill-R® rakenteen routamitoituksessa käytetyt katuluokat. Katuluokka Kuvaus Liikennemäärä ajon./vrk Kantavuus päällysteen päältä MN/m2 3 pääkatu, kokooja- tai vilkasliikenteinen kerrostaloalueen asuntokatu 2500…10000 350 Pientaloalueen asuntokatu tai huoltoliikenteen väylät Henkilöautojen pysäköintialueet 10…500 200 5 Odemarkin kantavuuskaavalla (1) laskettuna katuluokan 3 ja 5 mukaiset tavoitekantavuudet toteutuvat päällysrakennekerrospaksuuksilla 1220 mm ja 1050 mm (taulukko 5). Rakenteen tavoitekantavuus saavutetaan käytännössä päällysteen sekä kantavan ja jakavan kerrosten materiaaleilla. Fill-R® kerroksen vaikutus tavoitekantavuuteen jää pienemmäksi, koska sen E2 – moduuli on huomattavasti pienempi kuin päällysteellä sekä kantavalla ja jakavalla kerroksella. Fill-R® kerroksen paksuudeksi kantavuustarkastelussa on valittu 450 mm ja E2 –moduuliksi 65 MN/ m 2. fill-R 11 Taulukko 5. Katuluokan 3 ja 5 kantavuus kerroksittain laskettuna Odemarkin kantavuuskaavalla. Materiaali E2-moduuli (MN/m2) Katuluokka 3 Katuluokka 5 Kerrospak Kantavuus suus (m) kerroksen päältä (MN/ m2) Kerrospaksuus (m) Kantavuus kerroksen päältä (MN/ m2) Päällyste AB 2500 0,12 350 0,05 201 Profilointi KaM 0…32 mm 200 0,05 0 0,05 161 Kantavak. KaM 0…64 mm 280 0,25 174 0,25 155 Jakava KaM 0…32 mm 200 0,35 104 0,25 84 Fill-R® 65 65 0,15 0,15 0,15 37 28 18 0,15 0,15 0,15 37 28 18 65 x) Pohjamaa siltti 10 10 Huom. Ohdemarkin kantavuuskaavan lisäehto 1: Sitomattoman kerroksen E on enintään 6 x EA. Katurakenteen routamitoitus suoritetaan laskemalla Fill-R® kerroksen paksuus jolla päällysrakenteen routanousu on mitoitusroutanousun suuruinen tai sitä pienempi. Maapohjan oletetaan olevan lievästi (SP = 2 mm2/°Ch), keskinkertaisesti (SP = 5 mm2/°Ch), ja voimakkaasti routivaa (SP = 10 mm2/°Ch) silttiä. Taulukossa 6 on esitetty routamitoituksessa käytetyt materiaaliominaisuudet. Taulukko 6. Fill-R® rakenteen routamitoituskäyrästöjen laskennassa käytetyt päällys- ja alusrakenteen materiaaliparametrit. Materiaali Vesipitoisuus Kuivatilavuuspaino Lämmönjoh- Lämmönjoh- Routivuustavuus tavuus kerroin w [%] Vd [kN/m1] -sula -jäätynyt [W/Km] [W/Km] SP [mm2/Kh] Asfalttibetoni AB 0.5 20.0 1.5 1.5 0 Kalliomurske KaM 0…55 mm 1.5 21.0 1.7 1.7 0 Kalliomurske KaM 0…32 mm 3.0 20.0 1.7 1.7 0 Fill-R® 40 11.0 0.5 0.6 0 30 15,0 1.3 2.3 2…10 Pohjamaa -siltti Fill-R® kerroksen paksuus määritetään kuvan 4 käyrästöjen avulla valitsemalla sallittu routanousu, pohjamaan routivuuskerroin ja mitoittava pakkasmäärä. Fill-R® kerroksen väliarvot voidaan interpoloida käyrästön arvoista. 12 fill-R fill-R® fill-R® 400 mm 500 mm fill-R® fill-R® fill-R® 400 mm fill-R® 400 mm fill-R ® 500 mm fill-R ® 600 mm 500 mm 600 mm Kuva 6. Katurakenteen (katurakenne 3 ja 5) routamitoitus sallitun routanousun mukaan. Pohjamaa routivaa silttiä jonka routivuuskerroin SP 2…10 mm2/°Ch. On huomattava, että mitoituskäyrästöt pitävät paikkansa vain taulukon 5 mukaisilla lähtöarvoilla. Mikäli routamitoituksessa poiketaan lähtöolettamuksista, muutosten vaikutukset on arvioitava tapauskohtaisesti. Fill-R®:iä voidaan käyttää myös korvaamaan osittain jakavan kerroksen materiaalia. Määrääväksi mitoitusperusteeksi muodostuu tällöin yleensä rakenteen kantavuus. Kantavuusmitoitus tulee suorittaa tapauskohtaisesti ottaen huomioon rakenteen tavoitekantavuus ja dynaamisen kuormituksen vaikutus jakavaan kerrokseen ja siitä aiheutuva päällysrakenteen deformoitumisriski. Tien pinnan mahdollinen kuuraliukkausriski tulee myös huomioida mikäli kiviaineskerrokset fill-R® kerroksen päälle jäävät pieniksi. fill-R 13 5.3.3 Mitoitus Mitoitusesimerkki Mitoitetaan katuluokan 3 mukainen katu. Päällysteen päältä saavutettavan tavoitekantavuuden tulee olla vähintään 350 MN/m2 ja sallittu routanousu saa olla enintään 30 mm. Mitoituspakkasmääränä käytetään pakkasmäärää F = 45000 Kh. Pohjamaa on voimakkaasti routivaa silttiä, jonka routivuuskerroin on SP = 10,0 mm2/Kh. Kantavuusmitoitus Tavoitekantavuus katuluokan 3 mukaiselle katurakenteelle päällysteen päältä on 350 MN/m2, joka saavutetaan taulukon 5 mukaisesti päällysrakenteen paksuudella 1,22 m, jossa Fill-R® kerroksen paksuus 450 mm. Routamitoitus Fill-R® kerroksen paksuus määritetään kuvasta 4. Sallittu routanousu on 40 mm, jolloin fill-R® kerroksen paksuudeksi saadaan 550 mm. Rakennekerroksen kokonaispaksuus on tällöin 1,32 m. Tässä esimerkissä routamitoitus on määräävä mitoitusperuste. Routamitoitus voidaan tehdä myös Liikenneviraston laskentatavalla yhtälön 2 avulla. Mitoitetaan fill-R® kerroksen paksuus katuluokan 3 mukaiselle rakenteelle, kun mitoitusroudansyvyys on 1,9 m, routaturpoama 12 %, fill-R®:n vastaavuuskerroin 2, rakennekerrosmateriaalien vastaavuuskertoimet Liikenneviraston ohjeen mukaiset. Kun fill-R® kerroksen paksuus on 550 mm ja rakennekerrosten kokonaispaksuus 1.32 m, saadaan yhtälön (2) avulla laskennalliseksi routanousuksi 11 mm. Kokoonpuristuvilla maapohjilla tulee lisäksi laskea rakenteen painuma tavanomaisilla geoteknisillä laskentamenetelmillä. 6. Rakentamisen työselitys 6.1 Ohjeen soveltaminen Tätä työselitystä sovelletaan käytettäessä fill-R®:iä tie- ja katurakenteiden suodatinkerroksessa. Ohje soveltuu myös piha- ja putkijohtojen routasuojausrakenteisiin. Rakentamisessa noudatetaan voimassa olevan InfraRYL –ohjeen mukaisia laatuvaatimuksia ja työselityksiä /1 /. 6.2 Fill-R ®:n varastointi, käsittely ja kuljetus Fill-R® voidaan varastoida suojaamatta kuten rakeisuudeltaan vastaavat luonnonmateriaalit. Talvella on huolehdittava, että fill-R® ei pääse jäätymään eikä materiaaliin kerry lunta. Kesällä ja kuivalla säällä pitkäaikaisesti varastoituna varastokasa tulee tarvittaessa kastella pölyämisen estämiseksi toimituksen yhteydessä. Varastointi on tehtävä siten, että fill-R® ei pääse lajittumaan, vaan materiaali saadaan käyttökohteeseen mahdollisimman tasalaatuisena. Lajittumisen estämiseksi varastointi tehdään kerroksittain. Varastoinnissa on huolehdittava, että sadevesi ei pääse kertymään materiaaliin. Väliaikainen varastointi ei vaadi erityisiä toimia tai seurantaa. 14 fill-R 6.3 Kuivatus ja alusrakenteet Kuivatuksessa noudatetaan voimassa olevan InfraRYL –ohjeen mukaisia laatuvaatimuksia ja työselityksiä. /1/. Rakentamisvaiheessa on varmistettava, että tien alusrakenteisiin ei jää vettä kerääviä painanteita eikä esteitä, jotka saattavat estää veden poistumisen rakennekerroksista ja heikentää rakenteen toimintaa. Fill-R® rakennetta ei saa tehdä jäätyneen maan päälle, kuten ei luonnonmateriaalistakaan tehtyä rakennetta. Jäätyneen maan päälle rakennettaessa seurauksena voi olla epätasaista painumista ja kantavuuden heikkenemistä pohjamaan sulaessa. Alusrakenteet, kuten leikkaus- ja pengertyöt sekä alustan muotoilu tehdään noudattaen yleisiä laatuvaatimuksia ja työselityksiä. 6.4 Päällysrakenne 6.4.1 Suodatinkerros Suodatinkerros rakennetaan voimassa olevan InfraRYL –ohjeen mukaisesti /1/. Heikosti kantaville pohjamaille kuten savi- ja silttipehmeiköille rakennettaessa suositellaan käytettäväksi suodatinkerroksen ja pohjamaan välissä suodatinkangasta pohjamaan ja rakennekerrosten sekoittumisen estämiseksi. 6.4.2 Fill-R ®:n levittäminen ja tiivistäminen Fill-R® kerros rakennetaan tasatulle alustalle päätypenkereenä tai puoli tietä kerrallaan rakennettaessa sivulta kumoten. Suodatinkerros tehdään joko yhtenä tai useampana kerroksena paksuudesta ja tiivistyskalustosta riippuen. Kerros voidaan tiivistää erillisenä tai vasta jakavan kerroksen rakentamisen yhteydessä. Levitystyö voidaan suorittaa pyöräkuormaajalla tai pyörä-/ telapuskukoneella. Fill-R® levitetään enintään 0,6 m paksuna kerroksena. Tiivistäminen suoritetaan levityksen ja tasauksen jälkeen tavanomaisella maarakennuskalustolla. Tiivistämiskertojen lukumäärä täryjyrällä (7 tn) tiivistettäessä on 6…8 jyräyskertaa. Tiivistämistyötä ei suositella tehtäväksi talvella. Yhden rakenneteoreettisen (m3rtr) kuutiometrin tekemiseen tarvitaan noin 1,3 m3itd fill-R®:iä. 6.4.3 Fill-R ®:n laatuvaatimukset Työkohteessa Fill-R ®:iä vastaanotettaessa on varmistettava, että materiaali on laatuvaatimukset täyttävää. Kerroksen rakentamisen yhteydessä varmistetaan, että tässä työselityksessä tarkoitettu laatu saavutetaan. 7. Fill-R®:n tilaaminen ja toimitukset Fill-R ®:iä voi tilata FA Forest Oy:ltä Viitasaarelta. Fill-R ®:n saatavuus on hyvä tarkistaa etukäteen etenkin suuremmissa rakennuskohteissa. Pienempiin kohteisiin, kuten kaukolämpöputkien eristykseen tuotetta on saatavilla jatkuvasti. Lisätietoa saatavuudesta ja laadusta: Hannu Tukiainen. p. 0400 578 988, [email protected] fill-R 15 8. Kirjallisuus /1/ InfraRyl 2006, Infrarakentamisen yleiset laatuvaatimukset, Osa 1 Väylät ja alueet. Rakennustietosäätiö RTS. Rakennustieto Oy. 622 s. Hämeenlinna 2006 /2/ Katu 2002. Katusuunnittelun ja –rakentamisen ohjeet. Suomen kuntatekninen yhdistys. Jyväskylä 2003 /3/ Kuivatus. Tielaitos, kehittämiskeskus, TVL:n ohjeet, Helsinki. Kansio B Teiden suunnttelu, osa IV. Tien rakenne 4. Tiehallinto. 2007. Sivutuotteiden käyttö tierakenteissa. Tiehallinto. Helsinki. 67 s. /4/ Tierakenteen suunnittelu. Suunnitteluvaiheen ohjaus. TIEH 2100029-04. Tiehallinto. 69 s. Helsinki 2002 /5/ Valtioneuvoston asetus eräiden jätteiden hyödyntämisestä maarakentamisessa 591/2006. www.finlex.fi/laki/smur/2006/20060591. /6/ Ympäristöhallinto 2012. Jätteiden hyödyntäminen maarakentamisessa. Ohjeita verkossa: http://www.ymparisto.fi/default.asp?node=19366&lan=fi /7/ Ratahallintokeskus 2008. Ratatekniset ohjeet osa 3, radan rakenne. Helsinki 16 fill-R Liite 1. Routamitoituksessa käytettävät pakkasmäärät F2…F100 /7/. F2 F20 fill-R F5 F10 F50 F100 17
© Copyright 2024