Ferrokromikuonaeristerakenteen kuormituskestävyysmitoitus

Tässä työssä perehdyttiin ferrokromikuonaeristeen, kaupalliselta nimeltään OKTO-eristeen,
palautuvaan muodonmuutoskäyttäytymiseen sekä ferrokromikuonaeristerakenteen kuormituskestävyysmitoitukseen. OKTO-eristettä syntyy, kun ferrokromin valmistamisen yhteydessä syntynyttä kuonaa granuloidaan paineellisen vesisuihkun avulla. OKTO-eriste on karkearakeinen, hyvin vettä johtava materiaali ja ominaisuuksiensa vuoksi sitä voidaan käyttää esimerkiksi tie- ja katurakenteen suodatinkerroksessa. Osana työtä esitettiin OKTO-eristeen valmistusprosessi ja OKTO-eristeen ominaisuuksia sekä OKTO-eristeen rakennettavuuteen vaikuttavia tekijöitä.

Työn päätarkoituksena oli selvittää, mitä E-moduulin arvoa OKTO-eristeelle voidaan käyttää
Odemarkin laskentakaavan käyttöön perustuvassa tie- ja katurakenteen kuormituskestävyysmitoituksessa. Tie- ja katurakenteen kuormituskestävyysmitoituksen tavoitteena on estää raskaan liikenteen aiheuttama päällysteiden halkeilu ja pysyvät muodonmuutokset rakennekerroksissa ja pohjamaassa. Karkearakeisten tie- ja katurakennusmateriaalien palautuvaan muodonmuutoskäyttäytymiseen vaikuttavat monet samat tekijät kuin palautumattomaan muodonmuutoskäyttäytymiseen. Näitä tekijöitä ovat esimerkiksi tiiviys, vesipitoisuus ja jännitystaso. Tierakenteen tierakennemateriaalien kykyä vastustaa palautumattomien muodonmuutosten kertymistä voidaan tietyin varauksin arvioida materiaalien palautuvan muodonmuutoskäyttäytymisen perusteella.

OKTO-eristeen palautuvaa muodonmuutoskäyttäytymistä verrattiin vertailuhiekan palautu-
vaan muodonmuutoskäyttäytymiseen sekä koerakenteista tehtyjen mittausten että laboratoriokokeiden perusteella. Osana työtä tarkasteltiin karkearakeisten tierakennemateriaalien palautuvaan muodonmuutoskäyttäytymiseen vaikuttavia tekijöitä kirjallisuuskatsauksen keinoin. Näitä tuloksia yleistettiin tietyin varauksin koskemaan myös OKTO-eristeen palautuvaa muodonmuutoskäyttäytymistä.

Koerakenteet rakennettiin osaksi jalankulku- ja pyörätietä. Kahdessa koerakenteessa käytet-
tiin suodatinkerroksessa hiekkaa ja kahdessa koerakenteessa OKTO-eristettä. Hiekan E-moduuli vaihteli sen rakeisuuskäyrän perusteella 50…70 MPa:n välillä. Suodatinkerrosten paksuudet vaihtelivat, mutta yhdistetyn jakavan ja kantavan kerroksen sekä päällysteen paksuudet olivat kaikilla koerakenneosuuksilla samat. Koerakenteista tehtiin tiiviysmittauksia ja levykuormituskokeita valmiin suodatinkerroksen pinnalta sekä levykuormituskokeita ja pudotuspainolaitemittauksia valmiin kantavan kerroksen päältä. Näillä tutkimuksilla arvioitiin muun muassa koerakenteiden tiivistymisen onnistumista sekä olosuhteiden vaikutusta koerakenteiden pinnalta tehtyihin kantavuusmittaustuloksiin. Valmiin kantavan kerroksen päältä tehtyjen levykuormituskokeiden tulosten perusteella tehdyt laskennat puoltavat sitä, että hyvin tiivistetylle OKTO-eristeelle voidaan Odemark-laskennassa käyttää E-moduulina 100 MPa.

OKTO-eristeelle ja rakeisuuskäyrän perustella 100 MPa:n vertailuhiekalle tehtiin syklisiä ja
staattisia kolmiaksiaalikokeita materiaalien lujuusominaisuuksien ja jäykkyysmoduulien määrittämiseksi. Vertailukelpoisissa olosuhteissa OKTO-eristeen ja vertailuhiekan palautuvaa muodonmuutoskäyttäytymistä kuvaavat jäykkyysmoduulit olivat mittaustarkkuuden puitteissa toisiaan vastaavat. Tämä tulos tukee koerakenteiden perusteella tehtyä oletusta siitä, että OKTO-eristeelle voidaan käyttää kuormituskestävyysmitoituksessa 100 MPa:n E-moduulia.