Poikittaissuuntaisen raudoituksen käyttäytyminen sillan kannen korjauksen yhteydessä

Abstract

Sillan kansilaatan yläpinnan betonin rapautuminen on yleinen ongelma pitkän käyttöiän aikana, erityisesti Suomen ilmasto-olosuhteissa, joissa rakenteet altistuvat sekä suola- että pakkasrasitukselle. Nykyiset korjausohjeet rajoittavat betonipeitteen poistamista raudoitteen läheisyydestä, mutta käytännössä nämä ohjeet ovat usein hankalia toteuttaa, ja korjaustyöt aiheuttavat merkittävää haittaa liikenteelle. Tämän vuoksi on tärkeää tutkia poikittaissuuntaisen raudoituksen jännitysten ja venymien kehittymistä korjauksen eri vaiheissa sekä arvioida, missä määrin olemassa olevia suunnitteluohjeita voidaan soveltaa näissä tilanteissa. Työssä tutkitaan, miten poikittaissuuntaiset raudoitteet käyttäytyvät sillan kannen korjauksen aikana tilanteessa, jossa sillan yläpinnan betonipeite poistetaan ja valetaan uudelleen kaistoittain. Tutkimuksen kohteena on erityisesti se, miten jännitykset, venymät ja halkeilukäyttäytyminen muuttuvat korjaustyön eri vaiheissa. Diplomityö koostuu kirjallisuuskatsauksesta ja FEM-mallinnukseen perustuvasta tapaustutkimuksesta (Lemmenmäen risteyssilta). Mallinnuksessa huomioidaan sekä lineaarinen että epälineaarinen materiaalikäyttäytyminen, viruma, kutistuma ja betonien välinen liittovaikutus. Korjaus etenee kaistoittain kahdella eri työjärjestyksellä, joiden vaikutuksia vertaillaan. Tutkimuksessa korostuu poikittaisten raudoitteiden tartuntaominaisuuksien heikkeneminen, kun betonipeite poistetaan osittain tai kokonaan. Tätä mallinnetaan käyttäen Fulópin ulosvetokokeisiin perustuvaa raudoituksen pienennysmenetelmää, jossa raudoituksen kestävyys ja poikkipinta-ala skaalataan betonipeitteen mukaan. Tulosten perusteella työjärjestys vaikuttaa merkittävästi rakenteen käyttäytymiseen. Työjärjestyksessä 2 (keskikaistat ensin) rakenteen yläpinnan venymät, poikittaisten raudoitteiden vetojännitykset sekä halkeamaleveydet kasvavat selvästi enemmän kuin työjärjestyksessä 1. Tämä vahvistaa aiempien tutkimusten johtopäätöstä, että korjaus tulisi aloittaa kriittisen kaistan ulkopuolelta. Tutkimuksessa havaittiin myös, että raudoituksen tartuntakapasiteetti ylittyy, kun betonipeite poistetaan poikittaisraudoituksen yläpinnan alapuolelle, mikä osoittaa merkittävää tartuntamurron riskiä. Tämä tukee käytännön suositusta: betonipeitettä ei tulisi poistaa poikittaisen raudoituksen yläpinnan alapuolelle. Kaiken kaikkiaan työ osoittaa, että poikittaissuuntaisen raudoituksen käyttäytyminen on korjauksen aikana kriittinen mitoittava tekijä, mutta oikein valituilla työjärjestyksillä ja rajoittamalla betonipeitteen poisto raudoituksen pintaan asti korjaustyö voidaan toteuttaa turvallisesti ilman, että rakenteen kantavuus ylittyy.