Suulakepuristetun polystyreenilevyn soveltuvuus pehmeikölle perustetun kadun päällysrakenteeseen

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Date
2012
Major/Subject
Pohjarakennus ja maamekaniikka
Mcode
Rak-50
Degree programme
Language
fi
Pages
66
Series
Abstract
Streets built on soft soils have often thinner pavement structure than specified in the current InfraRYL guidelines. Construction of a thicker pavement structure increases the load on the subgrade, in which case the street settle. The aim of this thesis was to study the possibility of reducing the thickness of the pavement structure without a significant loss of durability in the structure. The objective was to evaluate an alternative thinner pavement structure, where a 100 mm thick extruded polystyrene board CXPS) was used to prevent frost heave and to reduce the weight of pavement structure. The literature review concentrated on the street structures and damage mechanisms, as well as on how the usage of the XPS affects the performance of the pavement structure. In the research section, comparative calculations were made between the XPS and InfraRYL pavement structures. Consolidation settlements, frost heave, and bearing capacity were studied. The bearing capacity was calculated with Odemark's equation, analytical multi-layer method CAPAS), and finite element method (PLAXIS 2D). The designed pavement structure is for a street, which is founded on soft clay, where traffic volumes are up to 2500 vehicles per day. The results from the literature review and the calculations showed that the XPS is suitable for the pavement structure. The settlements were up to 65 % smaller with a structure that included XPS. Due to the insulation properties of the XPS, the unwanted damage due to frost heave does not occur. According to the bearing capacity calculations, vertical strain in the subgrade was the most critical aspect on the XPS-structure. Otherwise, the structure deformations were quite similar with InfraRYL structure. Although, according to the bearing capacity calculations the XPS structure could not meet the durability requirements, the literature review and the calculations indicated that the XPS structure can be recommended to be used in renovation, where dry crust clay properties can be utilized. Prior to a large scale use of the XPS structure, the performance of the structure has to be verified with a test pavement.

Pehmeiköille rakennettujen katujen rakennekerrokset ovat usein nykyistä suunnittelukäytäntöä ohuemmat. InfraRYLin mukaisten paksujen rakennekerrosten rakentaminen lisää pohjamaan kuormitusta, jolloin pehmeillä pohjamailla katu painuu. Työssä tutkittiin ohuempaa vaihtoehtoista päällysrakennetta, jossa routaeristeenä ja osittaisena keventeenä käytettiin 100 mm paksua suulakepuristettua polystyreenilevyä (XPS). Työn tavoitteena oli selvittää, voidaanko kadun päällysrakenteen ohjeellista paksuutta pienentää ilman että rakenteen kestoikä laskee merkittävästi. Kirjallisuusselvityksessä perehdyttiin kadun rakenteisiin, niiden vaurioitumismekanismeihin sekä siihen, miten solumuovin käyttö vaikuttaa päällysrakenteen toimintaan. Tutkimusosiossa vaihtoehtoista rakennetta vertailtiin InfraRYLin mukaiseen rakenteeseen konsolidaatiopainuman, routamitoituksen sekä kuormituskestävyyden osalta. Konsolidaatiopainuma laskettiin vesipitoisuusmenetelmällä. Roudan tunkeutumissyvyys määritettiin talonrakennuksen routasuojausohjeiden mukaisesti ja routanousu laskettiin Tiehallinnon routaturpoama-kertoimeen perustuvalla menetelmällä. Kuormituskestävyysmitoitus tehtiin Odemarkin mitoitusyhtälöllä, analyyttisella monikerrosmenetelmällä (APAS) sekä elementtimenetelmällä (PLAXIS 2D). Mitoitettava rakenne oli pehmeälle savelle perustettu katu, jossa liikennemäärät ovat enimmillään 2500 ajoneuvoa vuorokaudessa. Kirjallisuusselvityksen ja laskelmien perusteella XPS soveltuu ominaisuuksiensa puolesta hyvin käytettäväksi katurakenteessa. Ohennetulla ja kevennetyllä XPS-rakenteella primaariset konsolidaatiopainumat olivat uudisrakentamisessa noin 45 - 50 % ja saneerauskohteessa noin 60 - 65 % pienemmät kuin InfraRYLin mukaisella rakenteella. Lisäksi 100 mm paksu XPS-levy estää pohjamaan jäätymisen, jolloin ei tapahdu routanousun aiheuttamia vaurioita tai sulamispehmenemisestä aiheutuvaa pohjamaan kantavuuden alenemista. Kuormituskestävyysmitoituksessa ohuemmalla XPS-rakenteella kriittisimmäksi osoittautui pohjamaan muodonmuutos. Muilta osin ei rakenteiden välillä ollut suuria eroja. Vaikka laskennallisesti XPS-rakenteelle ei pystytty osoittamaan riittävää kestävyyttä, niin kirjallisuusselvityksen sekä tehtyjen laskelmien perusteella voidaan rakennetta suositella käytettäväksi saneerauskohteessa, jossa ohennetulla päällysrakenteella saadaan kuivakuorisaven ominaisuudet käytettyä hyödyksi. Ennen laajamittaista käyttöä rakenteen toimivuus varmistetaan koerakentamisella.
Description
Supervisor
Korkiala-Tanttu, Leena
Thesis advisor
Kangas, Heikki
Keywords
katu, päällysrakenne, mitoitus, XPS, routasuojattu, kevennetty, XPS, lightweight, pavement structure, dimensioning, frost heave
Other note
Citation