Soratien kantavuuden määrittäminen laboratoriossa CBR- ja kolmiaksiaalikokeella

Abstract

Suomen sorateiden kunnon heikkeneminen on ollut polttava puheenaihe jo jonkin aikaa. Yhtenä osana sorateiden kunnossapitoa on selvittää soratien rakennekerrosten kantavuus. Soratien kantavuuden määrittämiseksi tierakenteesta tulee selvittää materiaaliolosuhteet, olosuhdetekijät ja jännitystilaa kuvaavat tekijät. Materiaaliolosuhteisiin vaikuttavia tekijöitä ovat muun muassa maksimiraekoko, rakeisuuskäyrän muoto ja hienoainespitoisuus. Olosuhdetekijöitä kuvaavia tekijöitä ovat muun muassa tiiveystila, routimis-sulamisprosessi ja kosteustila. Jännitystilaa kuvataan kenttä- ja laboratoriotutkimuksilla saatavilla muodonmuutosominaisuuksilla.

CBR- ja kolmiaksiaalikoe ovat yleisimmin käytössä olevat laboratoriomenetelmät muodonmuutosominaisuuksien määrittämiseksi. Kokeiden tuloksena saadaan muodonmuutosmoduuli, jota voidaan hyödyntää soratien kantavuutta määritettäessä.

Työn tavoitteena on selvittää CBR- ja kolmiaksiaalikokeen eroavaisuuksia ja antaa suosituksia, mitä menetelmää tulisi käyttää missäkin tilanteessa. Työ suoritetaan kirjallisuuskatsauksena, jonka lisäksi työhön kuuluu käytännön osuus, jossa työn tekijä suorittaa CBR- ja rakeisuuskäyräkokeita Oulun Yliopiston geotekniikan laboratoriossa.

Kirjallisuuskatsauksen perusteella ei voida antaa tarkkoja rajoja, milloin käyttää mitäkin menetelmää. Sekä CBRettä kolmiaksiaalikokeessa näytteen edustavuudella on suuri merkitys koetuloksiin. Molemmissa kokeissa voidaan joutua poistamaan suuria rakeita näytteen muodostamiseksi, jolloin edustavuus heikkenee. CBR-kokeessa tuloksena saadaan CBR-luku, jota verrataan empiirisesti saatuun standardilukuun. Kolmiaksiaalikokeessa tuloksena saadaan jännitysparametrit, joiden avulla voidaan määrittää näytteen koheesio ja kitkakulma. CBR-kokeessa näytettä puristetaan yksiaksiaalisesti. Kolmiaksiaalikokeessa näytettä puristetaan kolmesta jännityssuunnasta. kolmiaksiaalisessa puristuksessa ongelmaksi muodostuu jännitysten kiertyminen, sillä kolmiaksiaalikokeessa jännityssuuntien kiertymistä ei oteta huomioon.

Declining conditions in Finland’s gravel roads have been hot topic for a while. One part of gravel road maintenance is to find out loading capacity of the road. To define loading capacity, material conditions, situational features and stress state needs to be defined. Factors affecting material conditions are among other things maximum grain size, grading curve and fine content. Factors describing situational features are for example tightness, frost-melt cycle and moisture content. Stress state is defined by deformation features in field survey and laboratory tests.

CBR- and Triaxial compression tests are most used laboratory tests to determine deformation features. Deformation modulus is received as a result from both tests. Modulus can be used to define loading capacity of gravel road.

Objective of this thesis is to find out differences between CBR- and Triaxial compression tests and give recommendations which test to use at given situation. Thesis is performed as a literature review. In addition, author does CBR- and grading curve tests as a practical part in Geotechnical Laboratory of University of Oulu.

Based on literature review, no precise boundaries can be given for method selection. Both CBR- and Triaxial compression tests are very dependent on how well specimen represents real conditions. In both tests, large grains may need to be removed to construct specimen. In this case, representativeness of the specimen declines. In CBR-test, the result is a CBR value, which is then compared to standard CBR value. In Triaxial test, the test results are stress parameters, which are used to determine cohesion and angle of friction of specimen. In CBR-test, specimen is compressed uniaxially, where as in Triaxial test specimen is compressed triaxially. Triaxial test doesn’t take into consideration twisting of stresses which becomes a problem.