fill-R® SUUNNITTELU- JA MITOITUSOHJE TIE-, KATU

fill-R ® SUUNNITTELU- JA
MITOITUSOHJE TIE-, KATU- JA
MAARAKENTEISSA
fill-R ®
www.fill-r.fi
info@fill-r.fi
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, hannu.tukiainen@fill-r.fi
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