Assessment of structural design methods for heavy wheel loads and container loads with the experimental study of existing heavy duty industrial pavements

摘要

Suomessa ei ole virallista ohjeistusta raskaasti kuormitetuille kentille tehtävää rakennemitoitusta varten. Kohteen vaativuudesta riippuen mitoitukset on tehty kokemusperäisesti soveltaen joko tierakenteiden suunnitteluohjeita ja mitoitusmenetelmiä tai ulkomaisia suunnitteluohjeita. Vuonna 2003 tehty Vuosaaren sataman vaativa rakennemitoitus on hyvä esimerkki kyseisestä käytännöstä. Tutkimuksen tavoitteina oli selvittää miten hyvin ulkomaiset rakennemitoitusmenetelmät soveltuvat Suomen oloihin. Toisena tavoitteena oli tutkia kokeellisesti pääkaupunkiseudulle rakennettujen raskaasti kuormitettujen kenttien rakennekerroksia ja rakenteiden kuormituskestävyyttä ja vaurioitumista käytön aikana. Mitoitusmenetelmien tutkimuksessa kiinnitettiin erityisesti huomiota dynaamisiin ja staattisiin mitoituskuormiin, mitoituskriteereihin, rakennekerrosmateriaaleihin sekä pysyvien muodonmuutosten huomioon ottamiseen. Tutkimuksessa käsitellyt mitoitusmenetelmät olivat yhdysvaltalaisen Asphalt Instituten mitoitusohje syväasfalttirakenteille sekä Englannin (Interpave) ja Ruotsin (CBI) betoniyhdistyksien mitoitusohjeet betonikivipäällysteille. Tutkimuksessa käsiteltiin myös australialaista HIPAVE-ohjelmaa, joka on tie- ja lentokenttärakenteiden mitoituksessa käytettyjen CIRCLY- ja APSDS-ohjelmien jatkokehityksen tulos. Lisäksi tutkimuksessa analysoitiin Vuosaaren sataman rakennekerroksien mitoitusprosessia ja tehtiin Vuosaaren sataman rakennekerroksien vaihtoehtoinen mitoitus tutkituilla mitoitusmenetelmillä. Kokeellisen tutkimuksen pääkohteet olivat Jätkäsaaren ja Sompasaaren vanhat satamakentät sekä Tikkurilan linja-autoterminaali. Kokeellinen tutkimus koostui koekohteissa tehdyistä pudotuspainomittauksista ja maatutkamittauksista sekä laboratoriossa tehdyistä jäykkyysmoduulikokeista, jaksollisista virumiskokeista ja sideainekokeista. Rakennekerrosten jäykkyysmoduulit määritettiin suoralaskentamenetelmällä mitattujen taipumasuppiloiden ja maatutkamittauksen rakennekerrostulkinnan perusteella. Kokeellisen tutkimuksen perusteella Jätkäsaaren sataman rakennekerrokset olivat täyttömaata ja päällysteen paksuus oli 50 - 350 mm. Sompasaaren koekohde oli perustettu kalliopohjalle ja kokonaisrakennepaksuus oli 400 - 550 mm ja päällysteen paksuus 60 - 150 mm. Tikkurilan linja-autoterminaalissa perusparannuksen yhteydessä rakennetun uuden kantavaan kerrokseen alle jätetty vettä läpäisemätön vanha asfalttikerros aiheutti rakenteen deformoitumista keväisin roudan sulaessa ja kantavan kerroksen vesipitoisuuden kasvaessa CBI:n mitoituskriteeri ja materiaaliparametrit staattisille kuormille sekä Interpaven käyttämät konttikuormat soveltuvat käytettäviksi Suomessa tavanomaisille pohjamaille. Käytetyt mitoitusmenetelmät eivät kuitenkaan soveltuneet kalliopohjalle tai louhetäytöille rakennettavien kerroksien mitoitukseen, koska laskentatavat olivat soveltumattomia ja/tai mitoitusdiagrammeja ei ollut tehty kantaville pohjamaille. HIPAVE:ssa monimutkaiset kuormituskokonaisuudet pystytään ottamaan huomioon muita mitoitusmenetelmiä paremmin, mutta menetelmän soveltuvuuden syvällisempi tarkastelu vaatii kuitenkin HIPAVE-ohjelman täysversion käyttöä.