Kallistetun juoksuradan kaarteet yleisurheiluhalleissa : Betonikaarteiden mitoitus

Abstract

Suomesta löytyy 16 yleisurheiluhallia, joista vain 4 täyttää virallisen 200 m juoksuradan standardin. Halliradan kaarteet voidaan toteuttaa monilla eri kaarretyypeillä, joita ovat siirrettävät rataelementit, kiinteät, korkeussäädettävät tai tasaiset kaarteet. Kiinteät kaarteet tarjoavat parhaat olosuhteet harjoitteluun ja kilpailuun, mutta siitä huolimatta niitä on toteutettu Suomen yleisurheiluhalleihin vain 2 kappaletta. Yleensä kiinteät kaarteet toteutetaan betonista kaarteiden muodon valmistamisen takia, vaikka kutistuminen tuottaa mittapysyvyyden haasteita. Maailmalta vastaavia rakenteita löytyy useita, mutta rakennusteknisistä ratkaisuista ei ole tutkittua tietoa.

Tässä työssä esitellään kiinteiden betonikaarteiden mitoituksen pääpiirteet, joihin perehdytään yhden toimivaksi todetun rakenneratkaisun avulla. Rakenneratkaisu perustuu haastattelututkimuksen tietoihin, joiden pohjalta määritetään mitoitusperusteet ja tarkastellaan kiinteiden betonikaarteiden mitoituksen teoriaa. Lisäksi työssä perehdytään kaarteiden dimensioihin ja standardeihin, erilaisiin kaarretyyppeihin sekä kaarteiden rakennekerroksiin.

Kaarteiden mitoitusperusteet noudattavat eurooppalaisia betonirakentamisen suunnittelustandardeja ja Suomen rakentamismääräyskokoelman (RakMk) kansallisten liitteiden mukaisia käytäntöjä. Kaarteet luokitellaan seuraamusluokkiin, ja kuormat lasketaan kuormitusyhdistelmien avulla käyttö- ja murtorajatilassa.

Työssä tarkastellaan kaarteiden rakenneratkaisua, joka koostuu kolmesta osasta: seinänosto, täyttö ja pintabetonilaatta. Kukin osa voidaan mitoittaa omana rakenteenaan, joita tarkastellaan yksinkertaistetun poikkileikkauksen avulla. Lisäksi osat injektoidaan toisiinsa, jotta muodostuu toimiva kokonaisratkaisu.

Seinänosto voidaan suunnitella betonimuottiharkko- tai betoniseinänä. Seinää kuormittaa ainoastaan täytön ja sen tiivistyksen aiheuttama maanpaine, joka muodostaa seinään taivutus- ja leikkausrasitusta. Seinä voidaan suunnitella raudoitettuna tai raudoittamattomana rakenteena, mutta raudoituksen ankkuroituminen ja rakenteen vähimmäisraudoitus on tarkastettava rakenteen raudoitustavasta riippumatta.

Täyttö voidaan puolestaan toteuttaa useammasta eri materiaalista, kuten vaahtolasimurskeesta, sepelistä, kevytsorasta tai vastaavasta materiaalista. Etenkin vaahtolasimurske on toimiva materiaali, jolla kevennetään rakennetta. Vaahtolasilla myös vähennetään seinänostoon kohdistuvaa maanpainetta ja muotoillaan kaarteiden kaarevat muodot. Lisäksi täytön materiaaliominaisuudet on tutkittava kantavuusmoduulin ja alustaluvun avulla.

Pintabetonilaatta valetaan täytön päälle ja se toimii maanvaraisena lattiana. Laatta injektoidaan ylä- ja alapäästään ja saumoitetaan halkeilun varalta. Sen mitoittamisessa tarkastellaan taivutusrasitusta, kitkavoiman vaikutusta sekä kutistumaa, joka on merkittävä halkeilun aiheuttaja laattarakenteissa. Käyttörajatilassa laatan halkeamaleveydet tarkastetaan, jotta ne ovat kansallisten liitteiden raja-arvojen mukaiset. Lisäksi rakenteen vähimmäisraudoituksen poikkileikkausala on määritettävä.

Koska betonikaarteita on toteutettu niin vähän Suomessa, suunnittelukokemusta ei ole päässyt kertymään. Tutkimus kuitenkin avaa mitoittamisen pääpiirteet, joita voidaan hyödyntää tulevissa yleisurheiluhallin betonikaarteiden suunnitteluprojekteissa.