Usage potential of EPS geofoam in noise barrier construction

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2011
Major/Subject
Pohjarakennus ja maamekaniikka
Mcode
Rak-50
Degree programme
Language
fi
Pages
100 + [12]
Series
Abstract
The goal of this study is to establish the suitability of the use of EPS (Expanded PolyStyrene) blocks in noise barrier embankment construction and its ability to compete with other lightweight materials in this application. The study also includes examining how EPS geofoam will perform in the structure of noise barrier walls. A noise barrier wall utilizing EPS geofoam was designed in cooperation with material manufacturers. The EPS Noise Barrier Wall is a sandwich structure consisting of EPS geofoam and steel coating. The design can be developed further into an absorbing noise barrier wall. The process of product development, as well as the invented structures is documented in this thesis for future development. Part of this thesis is a cost comparison of noise barrier walls including the designed EPS Noise Barrier Wall. A similar cost comparison of noise barrier embankments is also included in the thesis. The loads on noise barrier embankments are minor compared to conventional embankments. Thus, the load bearing capacity of EPS geofoam used in noise barrier embankments can be reduced. This results in smaller mass density geofoam and lower quality material. The goal of this thesis is to establish a method for determining the required properties of EPS geofoam in noise barrier embankments. A detailed literature study was conducted to define interface friction and cohesion behaviour of EPS blocks in order to obtain suitable parameters for stability analysis. In accordance with literature study it was concluded that the most critical possible failure in internal stability is excessive compression of the EPS blocks. Hence, the load bearing design must be done. In this thesis calculations are performed in order to obtain an applicable method for evaluating the external stability of the geofoam noise barrier embankment, resulting in an evaluation table of methods ranked according to suitability. The most suitable methods of evaluating the external stability of the embankment are to model the embankment as either a distributed load, or as a material with specified shear strength (cohesion). Shear strength t of the EPS block is defined according to a load bearing design. External stability is evaluated assigning shear strength of a single block (tau) or 25 % of it (0,25 dot tau) based on block layout and interlock pattern. In any event, value of the EPS geofoam cohesion is always lower than the EPS shear strength value determined by load bearing design.

Työssä tarkastellaan EPS -solumuovin (Expanded PolyStyrene) soveltamista meluseiniin ja meluvalleihin hyödyntäen materiaalin keveyttä, pitkäikäisyyttä ja kestävyyttä. Työssä kehitettiin yhdessä valmistajien kanssa tuotantoon soveltuva EPS -meluseinätyyppi. Kehitetty seinärakenne muodostuu teräspinnoitteen ja EPS -levyn liittorakenteesta, josta voidaan jatkokehittelyllä tehdä myös absorboiva meluseinä. Työhön on kuvattu tuotekehittelyn prosessin eteneminen, sekä ideoidut rakenteet tulevaisuuden jatkokehittelyä varten. Työ sisältää myös kustannusvertailun kehitetyn EPS -meluseinän ja muista materiaaleista valmistettujen vastaavien meluseinien välillä. Samankaltainen kustannusvertailu on suoritettu myös meluvalleille. Meluvalleissa EPS -solumuoviin kohdistuvat pienemmät kuomat kuin liikennöitävillä alueilla, jolloin sen ei tarvitse olla yhtä kestävää. Talloin tiheys voi olla pienempi ja laatu heikompi. Tämän työn tavoitteena oli selvittää, kuinka hyvin EPS -kevenne soveltuu käytettäväksi meluvalliin, millä tavoin meluvalliin käytettävän EPS -solumuovin vaaditut ominaisuudet voidaan määrittää, ja mitä nämä ominaisuudet ovat. EPS -meluvallin stabiliteetin laskentatapaa ja siihen käytettävien parametrien määritystä varten tässä työssä on suoritettu laaja kirjallisuusselvitys EPS -lohkopintojen välisestä kitkasta ja koheesiosta, sekä niihin vaikuttavista tekijöistä. Laskennallisessa osiossa on suoritettu laskelmia erilaisilla EPS -materiaalin kitkan ja koheesion arvoilla, ja pyritty löytämään stabiliteetin määrityksessä käytettävät parametrit ja laskentatapa, siten että tulos vastaa todellista toimintatapaa. Sisäisen stabiliteetin määrityksessä kriittisin on oikean EPS -materiaalin valinta, jolla vallin kokoonpuristuma ei ole liian suuri, joten vallissa käytettävälle EPS -solumuoville on suoritettava puristuslujuusmitoitus. Ulkoisen stabiliteetin määritystavoista on koottu työn loppuun arviointitaulukko, jossa esitellään eri laskentatavat luokiteltuina niiden mielekkyyden mukaan. Laskentatavoista mielekkäimmiksi menetelmiksi valikoituivat tapauskohtaisesti ne, joissa EPS -solumuovin koheesiona C<sub>EPS</sub> käytetään yksittäisen EPS -blokin leikkauslujuutta tau (C<sub>EPS</sub> = tau), 25 % EPS -blokin leikkauslujuudesta tau (C<sub>EPS</sub> = 0,25 dot tau) tai mallinnettaessa valli kokonaan kuormana. Nämä arvot riippuvat blokkien asettelusta, kiinnityksestä ja siitä, miten ne lukittuvat toistensa kanssa, eli kuinka yhtenäisenä massana blokit voidaan käsittää. Käytettävän koheesion C<sub>EPS</sub> arvon maksimi on kuitenkin aina puristuslujuusmitoituksen mukainen yksittäisen blokin leikkauslujuus tau.
Description
Supervisor
Korkiala-Tanttu, Leena
Thesis advisor
Forsman, Juha
Keywords
expanded polystyrene, EPS, EPS, melueste, geofoam, meluseinä, noise barrier, meluvalli, noise barrier embankment, tuotekehitys, noise bund, noise barrier wall, product development
Other note
Citation