Massastabiloinnin vaikutus maan indeksi- ja geoteknisiin ominaisuuksiin
Hainari, Saara (2016)
Hainari, Saara
2016
Rakennustekniikan koulutusohjelma
Talouden ja rakentamisen tiedekunta - Faculty of Business and Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-01-13
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201512281853
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201512281853
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää, kuinka massastabilointi muuttaa pehmeän maan indeksi- ja geoteknisiä ominaisuuksia maan hyötykäytön kannalta. Stabiloidun maan tutkimus on rajoittunut Suomessa pääasiassa lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksiin. Stabiloidun maan käyttäytymiseen vaikuttavat lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien lisäksi esimerkiksi vesipitoisuus, konsistenssi sekä vedenläpäisevyys, joten pelkkiä lujuusominaisuuksia laajempi tarkastelu oli tarpeen.
Tutkimus koostui kirjallisuusselvityksestä ja laboratoriotutkimuksista. Työssä tutkittiin kuutta pehmeää runkoainetta, joiden indeksi- ja geotekniset ominaisuudet tunnettiin. Kolme runkoaineista oli savia, yksi oli savinen lieju ja kaksi oli turpeita. Runkoaineita stabiloitiin erilaisilla sideaineresepteillä, minkä jälkeen koekappaleet koestettiin 7 - 180 vuorokauden iässä. Tutkittavia ominaisuuksia olivat vesipitoisuus, tilavuuspaino, konsistenssirajat (savisilla runkoaineilla), puristuslujuus, kimmomoduuli sekä penetrometrillä määritettävä kärkivastus. Turpeista määritettiin myös esikuormituksen aikainen painuma. Testausohjelma oli jaettu kahteen lujuustavoitteiltaan ja sideaineresepteiltään erilaiseen osaan: pohjanvahvistusta simuloivaan osaan sekä ylijäämäsaven kiinteytystä jäljittelevään osaan. Työssä arvioitiin myös olemassa olevien laboratoriomääritysmenetelmien soveltuvuutta stabiloidun maan lujuusominaisuuksia laajempaan tutkimiseen. Työssä käytetyllä penetrometrillä saatavan kärkivastuksen havaittiin olevan noin 10-kertainen laboratoriossa määritettyyn puristuslujuuteen verrattuna.
Tutkimustulokset vahvistivat kirjallisuudessa kuvattuja tuloksia. Maan puristus- ja leikkauslujuus kasvavat, ja murtomuodonmuutos pienenee, jolloin myös maan jäykkyys ja kimmomoduuli kasvavat. Vesipitoisuus pienenee, ja maan tilavuuspaino pysyy lähes ennallaan. Vesipitoisuuden pienenemisestä vain pieni osa aiheutuu sideainereaktioihin sitoutuvasta vedestä, ja suurin muutos johtuu kuiva-aineksen määrän kasvusta. Maan juoksuraja kasvaa yleensä, mutta erittäin plastisen tai orgaanista ainesta sisältävän maan juoksuraja voi pienentyä. Plastisuusraja kasvaa kaikissa tapauksissa. Yhdessä vesipitoisuuden pienenemisen kanssa konsistenssi siirtyy kohti plastista tai kiinteää, ja maan rakenne pystyy pidättämään alkuperäistä enemmän vettä ilman, että konsistenssi muuttuu. Tällöin maarakennusominaisuudet paranevat. Vedenläpäisevyys kasvaa usein lyhyellä aikavälillä, mutta joissain tapauksissa se muuttuu jopa alkuperäistä pienemmäksi pitkän ajan kuluessa. Lentotuhkalla kiinteytetyn pehmeän saven ominaisuudet muuttuivat selvästi maarakentamiseen paremmin sopiviksi, mutta saven hyötykäytön kannalta ominaisuuksien olisi pitänyt muuttua vielä enemmän.
Tutkimus koostui kirjallisuusselvityksestä ja laboratoriotutkimuksista. Työssä tutkittiin kuutta pehmeää runkoainetta, joiden indeksi- ja geotekniset ominaisuudet tunnettiin. Kolme runkoaineista oli savia, yksi oli savinen lieju ja kaksi oli turpeita. Runkoaineita stabiloitiin erilaisilla sideaineresepteillä, minkä jälkeen koekappaleet koestettiin 7 - 180 vuorokauden iässä. Tutkittavia ominaisuuksia olivat vesipitoisuus, tilavuuspaino, konsistenssirajat (savisilla runkoaineilla), puristuslujuus, kimmomoduuli sekä penetrometrillä määritettävä kärkivastus. Turpeista määritettiin myös esikuormituksen aikainen painuma. Testausohjelma oli jaettu kahteen lujuustavoitteiltaan ja sideaineresepteiltään erilaiseen osaan: pohjanvahvistusta simuloivaan osaan sekä ylijäämäsaven kiinteytystä jäljittelevään osaan. Työssä arvioitiin myös olemassa olevien laboratoriomääritysmenetelmien soveltuvuutta stabiloidun maan lujuusominaisuuksia laajempaan tutkimiseen. Työssä käytetyllä penetrometrillä saatavan kärkivastuksen havaittiin olevan noin 10-kertainen laboratoriossa määritettyyn puristuslujuuteen verrattuna.
Tutkimustulokset vahvistivat kirjallisuudessa kuvattuja tuloksia. Maan puristus- ja leikkauslujuus kasvavat, ja murtomuodonmuutos pienenee, jolloin myös maan jäykkyys ja kimmomoduuli kasvavat. Vesipitoisuus pienenee, ja maan tilavuuspaino pysyy lähes ennallaan. Vesipitoisuuden pienenemisestä vain pieni osa aiheutuu sideainereaktioihin sitoutuvasta vedestä, ja suurin muutos johtuu kuiva-aineksen määrän kasvusta. Maan juoksuraja kasvaa yleensä, mutta erittäin plastisen tai orgaanista ainesta sisältävän maan juoksuraja voi pienentyä. Plastisuusraja kasvaa kaikissa tapauksissa. Yhdessä vesipitoisuuden pienenemisen kanssa konsistenssi siirtyy kohti plastista tai kiinteää, ja maan rakenne pystyy pidättämään alkuperäistä enemmän vettä ilman, että konsistenssi muuttuu. Tällöin maarakennusominaisuudet paranevat. Vedenläpäisevyys kasvaa usein lyhyellä aikavälillä, mutta joissain tapauksissa se muuttuu jopa alkuperäistä pienemmäksi pitkän ajan kuluessa. Lentotuhkalla kiinteytetyn pehmeän saven ominaisuudet muuttuivat selvästi maarakentamiseen paremmin sopiviksi, mutta saven hyötykäytön kannalta ominaisuuksien olisi pitänyt muuttua vielä enemmän.