Teräsbetonisen jänteen hyödyntäminen tierakenteen jäykistämisessä

Abstract

Tässä diplomityössä tutkitaan alusrakenteen vahvistustapaa, jota tehdyn selvitystyön perusteella ei ole aikaisemmin käytetty. Kyseessä on teräsbetonisista jänteistä, jotka sijoitetaan ajoneuvoväylän tierakenteeseen. Niiden tarkoitus on jäykistää tierannetta ja siirtää tierakenteeseen kohdistuvaa kuormaa laajemmalle alueelle. Maajänne voidaan ymmärtää tavanomaisen palkin tavoin, joka siirtää siihen kohdistuvaa kuormaa sen tukipisteille. Palkista poiketen maajänne tukeutuu koko pinta-alallansa tierakenteeseen pyrkimyksenä tasoittaa alusrakenteeseen kohdistuvia kuormia ja estää niiden vaikutuksesta tapahtuvia rakenteellisia siirtymiä. Siirtymät itsessään voivat olla palautuvia tai palautumattomia. Hetkittäiset siirtymät käsitetään palautuviksi ja pysyvät siirtymät palautumattomiksi. Tierakenteen muodonmuutoskäyttäytymiseen vaikuttavia ominaisuuksia ovat muun muassa maa-aineksen jännitystilasta riippuva kimmomoduuli, raekokojakautuma sekä maassa vallitseva kosteus- ja lämpötila. Näiden perusteella määräytyy, mikä osuus materiaaliin kohdistuneen kuorman aiheuttamasta siirtymästä on palautuvaa ja mikä palautumatonta. Palautumaton siirtymä tierakenteessa tarkoittaa painumaa tai äärimmäisessä tapauksessa tierakenteen stabiliteetin menetystä. Stabiliteetin menetys johtaa usein tierakenteessa suureen vaurioon, jossa tie voi sortua pitkältä matkalta. Maajänteen materiaali voi olla muutakin kuin teräsbetonia, kuten kestopuuta tai komposiittimuovia.

Tässä opinnäytetyössä esitetään yleiseen tiesuunnitteluun liittyviä asioita, tien alusrakenteeseen liittyviä ominaisuuksia ja niiden suunnitteluun vaikuttavia parametreja. Lisäksi työssä käsitellään kuinka tierakenteeseen kohdistuvat rasitukset vaikuttavat sen käyttäytymiseen. Työssä esitetään pituus- ja poikkisuuntaisen maajänteen rakenteellinen toiminta tierakenteessa. Lopuksi maajänteiden käyttäytymistä mallinnetaan Sofistik -mitoitusohjelman avulla, jossa tutkitaan maajänteen vaikutusta tierakenteen pystysuuntaiseen siirtymään ja muodostuvaa pohjapainetta tierakenteessa. Tierakenteessa muodostuvilla siirtymillä ja siihen kohdistuvilla jännityksillä on vaikutusta tien kuormituskestävyyteen ja siten sen suunniteltuun käyttöikään. Työn tarkoituksena on selvittää, onko tällaista uudentapaista vahvistusmenetelmää mahdollista käyttää tierakenteessa.