Kantavuusmitoituksen perusteet

Roudan vaikutukset huomioiva mitoitus voidaan tehdä joko Tiehallinnon tai Suomen kuntatekniikan yhdistyksen julkaisuissa esitettyjä ohjeita noudattaen. Kadun ja tien suunnittelussa kantavuudella tarkoitetaan rakenteen kykyä vastustaa liikennekuormien vaikutuksesta syntyviä muodonmuutoksia. Mitä parempi rakenteen kantavuus on, sitä pienempiä ovat kuormitusten aiheuttamat taipumat.

Kantavuus voidaan mitata ja ilmoittaa usealla eri tavalla. Yleisimpiä ovat taipumamittauslaitteet, levykuormituslaite ja raskas pudotuspainolaite. Mittauksissa saadun taipuman, painuman tai taipumasuppilon avulla voidaan määrätä eri rakennekerrosten ja koko rakenteen kimmomoduulit tavallisimmin E2-arvona, johon Suomessa käytettävät katu- ja tierakenteiden mitoitusmenetelmät perustuvat.

Mitoituksen lähtökohdat

Liikenne- ja lämpötilakuormitusten aiheuttamat jännitykset ja muodonmuutokset rakenteen kerrosten rajapinnoilla ovat mitoituksen tärkeimpiä lähtökohtia. Taipuisilla päällysteillä (asfaltti) mitoitukseen vaikuttavia jännityksiä ovat päällysteen tai bitumilla sidottujen kerrosten alapinnan taivutusvetojännitys ja pohjamaan pystysuora puristusjännitys. Jäykillä päällysteillä (valettu betonipäällyste) laatan alapinnan taivutusvetojännitys ja mahdollisen sementillä sidotun tukikerroksen vetojännitykset määräävät mitoituksen.

Betonikivipäällyste muodostuu pinta-alaltaan pienistä ja paksuista kappaleista sekä lukuisista saumoista. Betonikivipäällystettä kuormitettaessa sen alareunaan ei synny taivutusvetojännityksiä. Toisaalta betonikivipäällyste toimii taipuisan päällysteen tavoin, jolloin rakennemitoituksessa voidaan käyttää betonikivipäällysteelle ominaista E2-arvoa. Käytännössä betonikivipäällysteen kimmomoduuli on pienempi kuin valetulla betonipäällysteellä, mutta suurempi kuin asfaltilla.

Betonikivipäällysteen mitoittavia tekijöitä ovat pohjamaan ja sitomattomien rakennekerrosten pystysuorat puristusjännitykset. Näiden on oltava pieniä, jotta rakenne ei murru kuormitettaessa. Jännityksiä olennaisempaa betonikivipäällysteelle on, ettei rakenne pääse raiteistumaan (urittumaan) liikenteen aiheuttaman rakennekerrosten tiivistymisen ja mahdollisten muodonmuutosten seurauksena.

Betonikivien muotoilulla voidaan vaikuttaa päällysteen vetojännitysten vastaanotto- ja siirtokykyyn. Reunaprofiloidut, lukkiutuvat kivet (ns. sidekivet) soveltuvatkin erityisen hyvin vaativimpiin päällystekohteisiin.

Mitoitukseen liittyvää kirjallisuutta:

Katusuunnittelun ja -rakentamisen ohjeet. Katu 2002. Suomen Kuntatekniikan yhdistys. Julkaisu N:o 11. Jyväskylä 2003.