Painumien vähentäminen

Rakennettaessa heikolle maaperälle maarakenteista aiheutuu lisäkuormitus, jonka suuruus määräytyy materiaalin tiheyden ja kerrospaksuuden perusteella. Lisäkuorma aiheuttaa pitkällä aikavälillä painumista. Kuorman suuruus vaikuttaa pehmeillä maapohjilla suoraan painuman suuruuteen ja edelleen painumaerojen syntymiseen sekä pitkittäis- että poikittaissuuntaiseen tasaisuuteen.

Käytettäessä kevyenä täyttömateriaalina Leca-soraa voidaan vähentää merkittävästi maarakenteiden maapohjalle aiheuttamaa lisäkuormaa ja vähentää rakentamisen jälkeisiä painumia. Siirtymärakenteen avulla tasataan kuormien tai pohjaolosuhteiden vaikutuksesta syntyviä epätasaisia painumia.

Kevennyksen mitoitus tehdään geoteknisillä laskelmilla, joissa maaperän ominaisuudet ja kuormat määritetään kohdekohtaisesti. Kevennysmitoituksen tavoitteena on kompensoida rakenteen painosta pohjamaalle aiheutuva lisäkuorma kokonaisuudessaan tai siten, että kuorma jää aikaisempaa kuormaa vähäisemmäksi (osittainen kevennys).

Osittainen kevennys voi olla perusteltua tapauksissa, joissa painumat ovat suurelta osin jo tapahtuneet, tapahtuvat rakentamisen jälkeen suhteellisen nopeasti tai hallitut painumat ovat hyväksyttävissä. Korkea pohjaveden tai ulkoisen veden pinnan taso voi myös olla syynä osittaisen kevennyksen käyttämiseen.

Kevytsorarakenne on mitoitettava nosteelle, mikäli vedenpinta voi nousta rakenteeseen, kuten esimerkiksi vesialueiden läheisyydessä tai tulva-alueella.

Käytettäessä Leca-soraa painumien vähentämiseksi tulee ottaa huomioon mm. seuraavat asiat:

• Pohjamaan ominaisuudet ja kuormitushistoria
• Sallittu painuman suuruus ja painumaero
• Mitoitusikä
• Pohja- ja/tai orsiveden sekä mahdollisen avoveden taso
• Rakenteen pinnan ja maapinnan välinen ero (pengerkorkeus)
• Viereiset rakenteet

Periaateratkaisuja Leca-kevytsoran käytöstä painumia vähentävä rakenteena on esitetty alla olevissa kuvissa. Kuvissa on esitetty tie- ja ratapenkereiden maarakenteista pohjamaahan kohdistuvat kuormat ja niiden aiheuttamat painumat käytön aikana.

Kuvassa 1 esitetään luonnontilaiselle pohjamaalle rakennettu tiepenger. Rakennettaessa Leca-kevytsoralla pienenevät tiepenkereen maarakenteista aiheutuvat lisäkuormat, mikä puolestaan vähentää pohjamaan painumista.

Pohjamaata mahdollisimman vähän kuormittava rakenne mahdollistaa kevyemmän pohjanvahvistusratkaisun. Raskailla maa- ja kiviaineksilla rakennettaessa pohjanvahvistusratkaisut ovat tiehankkeessa yksi suurista kustannustekijöistä.

KUVA 1
Tasaiselle pohjamaalle rakennetun tiepenkereen arvioitu kuormitus- ja painumakäyrä Leca-kevytsoralla ja ilman.

Kuvassa 2 esitetään kaltevalle pohjamaalle rakennettu tiepenger. Kuvan tilanteessa on ratkaistu sekä painumis- että vakavuusongelma käyttämällä Leca-kevytsoraa tiepenkereen rakennekerroksissa.

Oikein suunniteltuna rakenteesta aiheutuvat pohjamaata kuormittavat lisäkuormitukset pysyvät tasaisina koko rakenteen poikki, jolloin painumaeroja ei pitkällä aikavälillä muodostu.

KUVA 2
Kaltevalle pohjamaalle rakennetun tiepenkereen arvioitu kuormitus- ja painumakäyrä Leca-kevytsoralla ja ilman.

Kevennys ratarakenteessa

Kuvassa 3 on esitetty tasaiselle pohjamaalle rakennettu rautatiepenger. Leca-kevytsoraa käytetään rautatiepenkereessä samaan tapaan kuin tiepenkereessä. 

KUVA 3
Tasaiselle pohjamaalle rakennetun rautatiepenkereen arvioitu kuormitus- ja painumakäyrä Leca-kevytsoralla ja ilman.

Kevennys- ja siirtymärakenne siltarakenteessa

Maapohjalle tuleva epätasainen kuormitus sekä kuormituksen tai pohjaolosuhteiden äkillinen muutos lyhyellä matkalla voivat aiheuttaa rakenteisiin epätasaista painumaa ja painumaeroja heikentäen rakenteiden toimintaa ja kestävyyttä.

Suuria painumaeroja on mahdollista muodostua esimerkiksi pehmeikköjen tai pohjanvahvistuksen reuna-alueilla, uuden ja vanhan rakenteen rajalle sekä siltojen, rumpujen ja putkijohtojen kohdilla. 

Siirtymärakenne tasaa epätasaisia painumia. Siirtymärakenne on kiilamainen kevennys, jonka tarkoituksena on tasoittaa kiilan pituudella tapahtuvat painumaerot. Siirtymärakenne mitoitetaan siten, että kiilan ohuemmassa päässä painuman suuruus on sama kuin keventämättömällä penkereellä ja paksummassa päässä painumat vastaavat sillan maatuen painumaa (=painumaton).

Siirtymärakenteessa käytetään usein myös siirtymälaattaa estämään kiilan toisen pään painumisen. Siirtymäkiilan pituus ja laajuus arvioidaan tapauskohtaisesti ja sen pituus vaihtelee yleensä 5–30 m välillä.

Kuvassa 4 on kuvattu siltarakenteen maatuen taustatäytön sekä tien kevennyksen rakentamista Leca-kevytsoralla. Sillan rakentamisen yhteydessä tulevan tierakenteen tasausviiva on luonnontilaista pohjamaata korkeammalla, jolloin tulopenkereen kuormitus aiheuttaa pohjamaassa huomattavia painumia.

Suurimmat painumat tapahtuisivat painumattoman maatuen vieressä. Ongelma on ratkaistu siirtymälaatalla ja Leca-kevytsoralla siten, että kaivetun pohjamaan ja kevytsoran käytön aiheuttama painuminen maatuen vieressä on nolla.

KUVA 4
Tasaiselle pohjamaalle rakennetun sillan maatuen arvioitu painumakäyrä Leca-kevytsoralla.

Kuvassa 5 esitetään pehmeälle pohjamaalle rakennettu rakennus. Rakennuksesta aiheutuvaa kuormitusta on kompensoitu korvaamalla osa rakennuksen alapuolisesta pohjamaasta Leca-kevytsoralla, jolloin rakennuksen seinälinjoja pitkin perustuksilla tulevien kuormien vaikutus pohjamaahan on vähäisempi kuin ilman kevennystä.

KUVA 5
Pehmeälle pohjamaalle rakennetun kevennetyn perustuksen arvioitu kuormitus- ja painumakäyrä Leca-sorakevennyksellä ja ilman.

Huom! Osittaisella kevennyksellä on mahdollista saavuttaa sallitun painuman arvo, jolloin järeämpiä perustusrakenteita, kuten paalutusta, ei tarvita. Lisäksi vähäisempi epätasainen painuminen vähentää rakenteisiin kohdistuvaa rasitusta.

Leca-erikoisrakenteet: kevytsorabetoni ja LLP

Kevytsorarakenteen kantavuutta voidaan parantaa stabiloimalla kevytsora esimerkiksi hydraulisilla tai bitumipohjaisilla sideaineilla. Sementillä sitominen voidaan toteuttaa esim. rakenteen yläosan sementtistabilointina tai pumppaamalla asemasekoitteinen kevytsorabetoni tiivistetyn irtokevytsorakerroksen päälle. 

Kevytsorabetoni

Kevytsorabetoni on betonia, jonka valmistuksessa käytetään karkearakeisen kiviaineksen sijasta kevytsoraa, joka sidotaan käyttämällä sementtiä ja vettä. Kevytsoran suuresta raekoosta johtuen valmistuksessa tarvitaan lisäksi hienojakoisempaa täyteainetta, kuten hienoa kiviainesta tai hienoa täyteainetta. Kevytsorabetonia voidaan valmistaa myös kevytsoran puhalluskalustolla lisäämällä siihen puhalluksen yhteydessä sementtiliuosta erillisellä pumpulla. 

Tavallisesti sementtiä (CEM II 42,5 R) käytetään noin 150 kg yhtä kevytsorabetonikuutiota kohden. Kevytsorabetonin lujuus riippuu sementin ja seosaineen määrästä. Alla olevassa taulukossa on esitetty suuntaa antavat puristuslujuudet eri sementtimäärillä. Kevytsorabetonin vaatimukset on esitetty tarkemmin InfraRYL:ssä. Kevytsorabetonin valmistamisesta saa tarvittaessa lisätietoa meiltä.
 

(1) aina veden pinnan yläpuolella (Wmax=30 p-%)

Kuormaa jakava raudoitettu kevytsorabetonilaatta, LLP

LLP (engl. light load distributing plate with LWA) on paikalla valettu raudoitettu hydraulisesti sidottu kevytsoralaatta, joka jakaa tehokkaasti yläpuolisten kerrosten epätasaisia kuormia. LLP valetaan sementillä sidotusta kevytsorasta, jonka ylä- ja alapinnat vahvistetaan teräsverkoilla. Sen tavanomainen paksuus tierakenteessa on yleensä 0,3–0,5 m.

LLP:llä on useita käyttösovelluksia infrarakentamisessa mm. tie- ja ratarakenteissa, kun pelkkä kevennys ei riitä hallitsemaan epätasaisesta kuormituksesta tai epähomogeenisistä maaperäolosuhteista johtuvien epätasaisia painumia.

Kuvassa 6 on esitetty LLP (engl. light loadspreading plate with LWA) käytön vaikutus rakenteeseen tasaiselle pohjamaalle rakennetulla rautatiepenkereellä. LLP jakaa kuormitusta tehokkaammin, jolloin kantavuusvaatimus saavutetaan ohuemmalla rakenteen kokonaispaksuudella.

KUVA 6
Tasaiselle pohjamaalle rakennetun rautatiepenkereen arvioitu kuormitus- ja painumakäyrä Leca-kevytsoralla ja LLP:llä.

KUVA 6 b
Huom! LLP-rakenne tasaa ulkoisista kuormista aiheutuvia jännityksiä tehokkaasti, jolloin kantavuusvaatimus saavutetaan jo ohuemmalla rakenteen paksuudella. Tämä vähentää lisäksi kaivantojen ja/tai kevyen täytön tarvetta.

Leca®-sora infrarakentamisessa | Rakenteiden suunnitteluohje