- Kevytsoran materiaaliominaisuudet
- Käyttökohteet ja tyyppiratkaisut
- Painumien vähentäminen
- Stabiliteetin parantaminen
- Maanpaineen pienentäminen
- Kevytsoran asentaminen
- Leca®-ratkaisut ratarakentamisessa
- Rakenteen kuivatus ja routasuojaus
- Laskentaesimerkit
- Kevytsora ja pilaristabilointi
- Leca®-sora putkikaivannossa
Kevytsoran materiaaliominaisuudet
Leca®-kevytsora on kevyt, kestävä ja lämpöä eristävä keraaminen materiaali. Rakeisuudeltaan ja mekaanisilta ominaisuuksiltaan se käyttäytyy kitkamaan tavoin, mutta sen kuivairtotiheys on huomattavasti pienempi kuin tavanomaisilla maa-aineksilla.
Maarakentamiseen tarkoitetun Leca-soran kuivairtotiheys on noin 15–20 % tavanomaisen kitkamaa-aineksen kuivairtotiheydestä. Keveytensä ansiosta materiaalia on helppo käsitellä työmaalla, ja toimitus voidaan toteuttaa myös logistisesti haastaviin tai vaikeasti saavutettaviin kohteisiin.
Leca-soran mekaaniset ominaisuudet vaihtelevat raekoon ja paisumisasteen mukaan. Pienemmät rakeet ovat yleensä kestävämpiä kuin suuremmat rakeet. Leca-soran geoteknisiä ja muita materiaaliominaisuuksia on esitetty alla olevissa taulukoissa.
Kevyt irtotiheys, hyvä lämmöneristävyys, kantavuus ja keraamisen materiaalin pitkäaikaiskestävyys tukevat Leca-soran käyttöä erilaisissa geoteknisissä rakenteissa.
Leca-soratuotteet ovat CE-merkittyjä ja niille on saatavilla suoritustasoilmoitukset. Lisäksi tuotteille on saatavilla EPD-ympäristöselosteet, joissa esitetään tuotteen ympäristövaikutukset elinkaaren eri vaiheissa. Tuotedokumentit ovat saatavilla tällä sivulla.
Taulukko 1. Leca-sora 4–32 mm:n geotekniset ominaisuudet.
| Raekoko | 4–32 mm (EN 933-1) | ||
| Ali-/ylikoko | < 15/ < 10 p-% (EN 933-1) | ||
| Tiheys (irtokuiva) | 275 (± 15 %) kg/m³ (EN 1097-3) | ||
| Tilavuuspaino | Irtokuiva: 3,0 kN/m³ Kuiva (wmax=30 p-%)(1): 4,0 kN/m³ Ajoittain veden alla: 6,0 kN/m³ Pysyvästi veden alla: 10,0 kN/m³ Nostemitoituksessa: 3,0 kN/m³ (EN 1097-3) | ||
| Kitkakulma | 30–44° Löyhänä: 34° Tiivistettynä: 41° (Kolmiaksiaalikoe, EN 15732 Annex A) | ||
| (Kolmiaksiaalikoe, EN 15732 Annex A) | |||
| Lämmönjohtavuus | Vaihteluväli: 0,10–0,17 Ominaisarvo: 0,15 W/mK (EN 15732:2012) | ||
| E-moduuli (kantavuusmitoitus) | 50 MPa (2) | ||
| Vastaavuus eristävyyden kannalta, ai (3) | 4 | ||
| Vedenläpäisevyys | 10-3–10-1 m/s |
(1) aina vedenpinnan päällä
(2) jännitystilariippuvainen E-moduuli: Levykuormituskokeesta takaisinlaskettu E-moduuli n. 50 MPa saavutetaan, kun kevytsorakerroksen päällä on 0,6 m tai enemmän lopullista päällysrakennetta. Kevennysrakenteen lopullinen tiivistys tehdään n. 0,15–0,30 m jakavan/kantavan kerroksen päältä. Tässä vaiheessa levykuormituskokeesta takaisinlaskettu E-moduuli on n. 30 MPa.
(3) kevytsoran vastaavuus eristävyyden kannalta (ai) 0,7 m syvyydessä,
kuivatiheys ≤ 400 kg/m³, alla 0,15 m kuivatuskerros. Vertailumateriaalina hiekka (ai=1). Vaikeissa olosuhteissa lämmönjohtavuus voi olla suurempi.
Taulukko 2. Leca-sora 4–32 mm:n teknisiä ominaisuuksia.
| Vedenimeytyminen | 24 tuntia < 20 p-% 28 päivää < 30 p-% 300 päivää < 60 p-% (EN 1097-6) | ||
| Murskautuvuus | > 0,7 MPa (EN 13055) | ||
| Puristuslujuus ja kuormitus | 2 % painumalla CS (2) 400 kPa 10 % painumalla CS (10) 750 kPa (EN 15732 Annex C) | ||
| pH | 9–11 |
Taulukko 3. Leca‑sora 0–32 mm:n geotekniset ominaisuudet, jotka poikkeavat kevytsoran 4–32 mm:n ominaisuuksista edellä olevista taulukoista.
| Ominaisuus | Vaihteluväli | Ominaisarvo | Yksikkö | Standardi/koemenetelmä |
| Raekoko | 0–32 | - | mm | EN 933-1 |
| Tiheys (irtokuiva) | 325 (± 15 %) | - | kg/m³ | EN 1097-3 |
Taulukko 4. Leca® Reuse -tuotteen tekniset ominaisuudet.
| Raekoko | 8–32 mm |
| Tiheys | 330 kg/m³ (±15 %) (irtokuivatiheys) |
| Kosteus*% | > 15 % |
| Materiaaliin kuulumattoman aineksen määrä | < 1 % |
* Kosteus voi vaihdella varastointiolosuhteiden ja vuodenaikojen mukaan.
Kevytsoran tiheys
Leca-sora 4–32 mm:n kuivairtotiheys työmaalle toimitettaessa on noin 275 kg/m³. Tiivistettäessä kevytsoran tilavuus pienenee löyhästä tilasta noin 10 %, jolloin rakenteen kuivairtotiheys nousee noin 305 kg/m³.
Kevytsoran todellista tiheyttä rakenteessa arvioitaessa tulee huomioida muun muassa seuraavat tekijät:
- rakeiden kuivairtotiheys
- absorboituneen veden määrä
- rakeiden pintojen huokoisuus
- rakeiden keskimääräinen raekoko
- kuivatusolosuhteet
- pohja- tai orsiveden taso kevytsorakerroksessa
Edellä mainitut ominaisuudet huomioiden kevytsorarakenteen tilavuuspainoksi pohjaveden yläpuolella on määritetty 4,0 kN/m³. Tätä arvoa käytetään kevennysrakenteiden mitoituksessa normaaleissa olosuhteissa.
Kokoonpuristuvuus ja kuormituskestävyys
Staattinen puristuskoe
Tiivistetylle Leca-soralle (4–32 mm) sallitaan 200 kPa:n tasainen, laaja-alainen kuormitus, eli niin sanottu ödometrikuormitus. Tällöin kerroksen kokoonpuristuma on noin 1,0 %.
Standardin EN 15732 liitteen B mukaisesti ilmoitetaan kuorma, joka tarvitaan 2 %:n ja 10 %:n kokoonpuristumaan. Kokeessa kevytsoranäytettä kuormitetaan jatkuvasti kasvavalla kuormalla.
Leca-soran eri raejakaumien puristuma tasaisen staattisen kuorman alla eli murskautuvuus on esitetty alla olevassa kuvassa. Leca-sora 4–32 mm:n 2 % kokoonpuristumaan vaadittava kuorma on noin 400 kPa ja 10 % kokoonpuristumaan vaadittava kuorma noin 750 kPa.
Kuva 1. Leca-sora 4–32 mm ja 0–32 mm kokoonpuristumat staattisen laaja-alaisen kuorman alla standardin EN 15732 liitteen C mukaisessa puristuskokeessa.
Syklinen kuormitus
Leca-sora kestää hyvin syklistä kuormitusta. Leca-sora 4–32 mm:n suhteellinen kokoonpuristuma on kahden miljoonan kuormitussyklin jälkeen alle 0,4 %, kun pystysuuntainen kuorma on 120 kPa.
Lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet
Leikkauskestävyyskulma eli kitkakulma
Leca-sora 4–32 mm:n leikkauskestävyyskulma eli kitkakulma tiivistetyssä rakenteessa on 41°.
E-moduuli
Leca-soran kantavuus eli toistokuormituksen E-moduuli E₂ liikennekuormitetussa rakenteessa on jännitystilariippuvainen ja vaihtelee välillä 30–80 MPa. Päällysrakenteen mitoituksessa kevytsoran E-moduulina käytetään 50 MPa:n ominaisarvoa.
Lämpötekniset ominaisuudet
Lämmönjohtavuus
Leca-soran lämmönjohtavuuteen vaikuttavat muun muassa kevytsoran irtotiheys, rakeiden kiintotiheys, raekoko, vesipitoisuus ja lämpötila. Vesipitoisuuden kasvaessa myös lämmönjohtavuus kasvaa.
Leca-sora 4–32 mm:n lämmönjohtavuus vaihtelee alla olevan taulukon mukaisesti. Mitoituksessa lämmönjohtavuuden arvona käytetään 0,15 W/mK, kun vesipitoisuus on noin 30 paino-%.
Taulukko 5. Kevytsoran lämmönjohtavuus eri vesipitoisuuksissa standardin EN 15732:2012 mukaan.
| Vesipitoisuus, paino-% | kuiva | 1 | 5 | 16 | 22 | 32 | 44 | ||
| Lämmönjohtavuus, W/mk | 0,10 | 0,12 | 0,12 | 0,13 | 0,15 | 0,15 | 0,17 | ||
Kemialliset ominaisuudet ja kestävyys
Liukoisuus ja pH
Leca-sora on epäorgaaninen, keraaminen materiaali. Keraamisen rakenteensa ansiosta se kestää hyvin rakennusympäristössä esiintyviä kemiallisia rasituksia, kuten suoloja, emäksiä ja orgaanisia aineita.
Kemiallisesti Leca-sora on hieman emäksinen. Sen pH on tyypillisesti noin 9–11. pH-arvo voi vaihdella esimerkiksi valmistuksessa käytettävän saven ominaisuuksien mukaan.
Leca-sora sisältää samoja metalleja ja muita alkuaineita kuin sen valmistuksessa käytetty savi. Valmistusprosessissa ne sitoutuvat keraamiseen rakenteeseen oksideina. Liukoisuusominaisuuksiltaan Leca-soraa voidaan verrata tavanomaisiin maamateriaaleihin, ja todetut liukoisuudet sekä pitoisuudet ovat alhaisia.
Korroosio
Metallien ja muovien korroosioympäristönä Leca-sora on verrattavissa karkearakeiseen, hyvin vettä läpäisevään maa-ainekseen, jossa ei ole orgaanista ainesta tai muita epäpuhtauksia. Karkearakeisessa materiaalissa korroosioriski pohjavedenpinnan yläpuolella on tavallisesti pieni.
Sähkönjohtavuudeltaan Leca-sora vastaa lähinnä silttiä. Kevytsorasta todetut liukoisuudet ja pitoisuudet eivät yleensä edistä korroosion etenemistä. Tavallisesti Leca-soran kloridipitoisuus on alle 0,01 % ja rikkipitoisuus alle 0,02 %.
Kuivissa olosuhteissa kevytsorakerroksessa tapahtuva korroosio on hyvin hidasta. Jos kevytsorakerros kastuu, rakeiden muoto voi aiheuttaa metallin pinnalle paikallisia alueita, joissa happi- ja vesipitoisuus poikkeavat ympäristöstä. Tämä voi lisätä korroosioparin muodostumisen riskiä. Kosteuden pääsyn rajoittaminen kevytsorakerrokseen vähentää korroosion käynnistymisen riskiä.
Metalliputkien ja muiden metallirakenteiden käyttöiän varmistamiseksi rakeisen materiaalin ja metallipinnan välinen suora kosketus voidaan tarvittaessa estää esimerkiksi muovikalvolla tai metallirakenteen pinnoitteella. Korroosiosuojaus toteutetaan aina kyseisen materiaalin ja rakenteen suunnittelu- ja käyttöohjeiden mukaisesti.
Kestävyys
Leca-sora kestää hyvin tavanomaisia liikenne- ja rakennusympäristössä esiintyviä rasituksia, kuten tiesuolaa, polttoaineita ja muita kemiallisia aineita. Keraaminen materiaali kestää myös jäätymis- ja sulamissyklejä, eikä se normaaleissa olosuhteissa vaurioidu jäätymisen seurauksena.
Leca-sora kestää korkeita lämpötiloja ja kuuluu paloluokkaan A1, eli se on palamaton materiaali.
Kosteustekniset ominaisuudet
Kapillaarinen nousukorkeus
Kevytsoran kapillaariseen nousukorkeuteen vaikuttavat muun muassa raekokojakauma, pölyisyys, tiheys ja rakeiden huokosrakenne. Kapillaarivoimat heikentyvät huokoskoon kasvaessa, minkä vuoksi karkeammilla ja kevyemmillä lajikkeilla kapillaarinen veden nousu on yleensä pienempää.
Kapillaarisen vedennousun katkaisuun soveltuva lajike on Leca-sora KAP 4–20 mm. Tuote käsitellään tehtaalla lisäaineella, jonka avulla kapillaarinen nousukorkeus jää alle 100 mm. Tämä on selvästi pienempi kuin tavanomaisella soralla tai murskeella.
Käsittelyaineen ominaisuudet säilyvät rakenteessa, eikä käsittely muutu ajan myötä tavanomaisissa käyttöolosuhteissa.
Kosteus (vesipitoisuus) ja tasapainokosteus
Valmistuksen jälkeen kevytsora on kuivaa. Pölyämisen vähentämiseksi materiaalia voidaan kostuttaa ennen toimitusta tai käsittelyn yhteydessä. Kevytsoran huokostilassa vesi voi esiintyä vapaana vetenä, rakeiden ulkopinnoille tiivistyneenä kosteutena tai rakeiden sisäisiin huokosiin imeytyneenä vetenä.
Kevytsoran kosteuskäyttäytymiseen vaikuttavat erityisesti huokosjakauma, ominaispinta-ala ja raekoko. Murskatulla materiaalilla ominaispinta-ala on yleensä suurempi kuin pyöreärakeisella kevytsoralla, mikä vaikuttaa veden sitoutumiseen.
Kevytsorarakeiden sisäinen huokostilavuus on suuri, joten veden kanssa kosketuksissa oleva kevytsora voi sitoa vettä merkittäviä määriä. Vettä voi sitoutua jopa noin 80 % materiaalin kuivapainosta. Sitoutunut vesi ei yleensä vaikuta olennaisesti kevytsoran mekaanisiin ominaisuuksiin, mutta sillä on selvä vaikutus lämmönjohtavuuteen.
Kevytsoran tasapainokosteus on alle 0,2 % lämpötilassa +20 °C. Tasapainokosteudella tarkoitetaan kosteustilaa, johon materiaali asettuu vallitsevissa olosuhteissa.
Kevytsoran hygroskooppinen tasapainokosteus suhteellisessa kosteudessa RH 100 % on alle 0,5–0,6 paino-%, mikä vastaa noin 1,5 kg/m³ vesimäärää. Tämä tarkoittaa, että kevytsorassa saa olla enintään noin 0,5 paino-% eli noin 1,5 kg/m³ vettä, jotta rakeita ympäröivän ilman suhteellinen kosteus ei nouse 100 %:iin.
Vastaavan rakeisuuden tavanomaisilla maamateriaaleilla hygroskooppinen kosteuspitoisuus RH 100 % on tyypillisesti 0,5–1 paino-%, mikä vastaa noin 10–20 kg/m³ vesimäärää. Hygroskooppinen kosteus kuvaa vesimäärää, jonka huokoinen materiaali sitoo ilmasta itseensä tietyssä suhteellisessa kosteudessa.
Kuva 2. Kevytsoran tasapainokosteus. Ylempi käyrä kuvaa Leca-soran tasapainokosteutta kuivumisen aikana ja alempi käyrä kastumisen aikana.
Ratkaisuun liittyvät tuotteet
Ympäristövastuumme
Suhtaudumme kestävään kehitykseen vakavasti ja olemme panostaneet vahvasti muun muassa tuotteemme hiilijalanjäljen pienentämiseen. Lue lisää vastuullisuusteoistamme täältä!
