Kapillaarisen nousukorkeuden määritysmenetelmät ja hyödynnettävyys radan alusrakennemateriaalien laadun arvioinnissa
Saarikoski, Toni (2020)
2020
Rakennustekniikan DI-tutkinto-ohjelma - Degree Programme in Civil Engineering, MSc (Tech)
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-05-15
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202004294650
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202004294650
Tiivistelmä
Ratarakenteiden tutkimuksessa käytettäviä tutkimusmenetelmiä pyritään kehittämään. Tässä diplomityössä tarkasteltiin kapillaarisen nousun määritysmenetelmiä ja radan alusrakennemateriaalien kapillaaristen nousukorkeusmääritysten hyödynnettävyyttä materiaalien kuormituskestävyysominaisuuksien arvioinnissa. Eri koemenetelmien tuottamia tuloksia tarkasteltiin ja vertailtiin toisiinsa. Käytetyt koemenetelmät olivat putkessa tehty kapillaarisen nousun määritys (suora menetelmä) sekä Sahi-tyyppisellä kapillaarimetrillä suoritettu kapillaarisen nousun määritys. Näytemateriaaleina käytettiin radan alusrakennemateriaaleja. Lisäksi tutkittiin kuvaako kapillaarisen nousukorkeusmäärityksen tulos materiaalin kuormituskäyttäytymistä syklisessä kolmiaksiaalikokeessa, jossa näytteeseen kohdistettu kuormitus muistuttaa junakuormituksen alusrakenteeseen kohdistamaa syklistä kuormitusta.
Kapillaarimetrikokeiden yhteydessä näytteen tiiviystilan huomattiin vaikuttavan voimakkaasti kokeen tulokseen, joten kokeet tehtiin jokaisen näytemateriaalin kohdalla kahta eri tiiviystilaa edustaville näytteille. Täryraudalla tiivistetyt näytteet tuottivat lähes kaksi kertaa suuremmat tulokset kuin perinteiseen tapaan valmistellut näytteet, joissa tiivistyminen tapahtui vain veden vaikutuksesta ilman aktiivista tiivistystyötä.
Putkessa suoritetut kapillaarisen nousun kokeet osoittivat, että kapillaarinen nousu voi jatkua huomattavan pitkään jopa pienen hienoainespitoisuuden omaavilla hiekoilla. Tiiviystilan havaittiin vaikuttavan kokeen tulokseen myös tämän koetyypin tapauksessa.
Putkikokeiden näytteiden tiiviystilat ja kokeista saadut tulokset olivat keskimäärin hieman suurempia kuin tärytiivistettyjen kapillaarimetrikokeiden vastaavat. Satunnaisuus oli kuitenkin voimakasta ja joidenkin näytemateriaalien kohdalla kokeen tulos tai näytteessä vallinnut kuivatilavuuspaino oli tärytiivistetyn näytteen kapillaarimetrikokeessa jopa suurempi kuin putkikokeessa. Perinteiseen tapaan valmistettujen kapillaarimetrikoenäytteiden tuottamat tulokset jäivät keskimäärin yli kaksi kertaa pienemmiksi kuin putkikokeiden tulokset.
Kapillaarimetrin tai putkikokeen tulosten ei havaittu luotettavasti kuvaavan materiaalien käyttäytymistä syklisessä kolmiaksiaalikokeessa. Myöskään materiaalin rakeisuuskäyrän perusteella tulkittu laatu ei kuvannut tarkasti materiaalin käyttäytymistä syklisessä kolmiaksiaalikokeessa. Kokeiden perusteella jää epäselväksi olisivatko kapillaarisuusmääritysten tulokset tai rakeisuuksiin perustuneet laatuarviot kuvanneet materiaalien kuormituskäyttäytymistä syklisissä kolmiaksiaalikokeissa, jos tutkittavien materiaalien laadullinen skaala olisi ollut laajempi.
Kapillaarimetrikokeiden yhteydessä näytteen tiiviystilan huomattiin vaikuttavan voimakkaasti kokeen tulokseen, joten kokeet tehtiin jokaisen näytemateriaalin kohdalla kahta eri tiiviystilaa edustaville näytteille. Täryraudalla tiivistetyt näytteet tuottivat lähes kaksi kertaa suuremmat tulokset kuin perinteiseen tapaan valmistellut näytteet, joissa tiivistyminen tapahtui vain veden vaikutuksesta ilman aktiivista tiivistystyötä.
Putkessa suoritetut kapillaarisen nousun kokeet osoittivat, että kapillaarinen nousu voi jatkua huomattavan pitkään jopa pienen hienoainespitoisuuden omaavilla hiekoilla. Tiiviystilan havaittiin vaikuttavan kokeen tulokseen myös tämän koetyypin tapauksessa.
Putkikokeiden näytteiden tiiviystilat ja kokeista saadut tulokset olivat keskimäärin hieman suurempia kuin tärytiivistettyjen kapillaarimetrikokeiden vastaavat. Satunnaisuus oli kuitenkin voimakasta ja joidenkin näytemateriaalien kohdalla kokeen tulos tai näytteessä vallinnut kuivatilavuuspaino oli tärytiivistetyn näytteen kapillaarimetrikokeessa jopa suurempi kuin putkikokeessa. Perinteiseen tapaan valmistettujen kapillaarimetrikoenäytteiden tuottamat tulokset jäivät keskimäärin yli kaksi kertaa pienemmiksi kuin putkikokeiden tulokset.
Kapillaarimetrin tai putkikokeen tulosten ei havaittu luotettavasti kuvaavan materiaalien käyttäytymistä syklisessä kolmiaksiaalikokeessa. Myöskään materiaalin rakeisuuskäyrän perusteella tulkittu laatu ei kuvannut tarkasti materiaalin käyttäytymistä syklisessä kolmiaksiaalikokeessa. Kokeiden perusteella jää epäselväksi olisivatko kapillaarisuusmääritysten tulokset tai rakeisuuksiin perustuneet laatuarviot kuvanneet materiaalien kuormituskäyttäytymistä syklisissä kolmiaksiaalikokeissa, jos tutkittavien materiaalien laadullinen skaala olisi ollut laajempi.