2. Turpeen käyttäytyminen

2.1. Yleistä

Turve on elävää materiaalia ja monet tekijät vaikuttavat sen käyttäytymiseen. Tien rakentamisesta johtuvat konsolidaatio ja painumat ovat yleensä ennustettavissa. Muut tekijät, esim. vieressä tehty kuivatuksen parantaminen, epätavallisen kuiva kesä, turvealueiden vedenpinnan muutokset jne, voivat aiheuttaa vaikutuksia, joita insinöörit eivät voi kontrolloida. Näitä tulevia tapahtumia ei ole todennäköisesti tiedostettu tien suunnittelun tai rakentamisen yhteydessä. Tämän vuoksi turpeen päälle rakennetut tiet eivät ole pitkällä tähtäimellä koskaan täysin varmoja ratkaisuita.

2.2. Konsolidaatio, kokoonpuristuminen sivuttaissuuntaiset siirtymät ja painumat

Konsolidaatio, kokoonpuristuminen, sivuttaisuuntaiset siirtymät ja painumat voidaan yksinkertaisesti määritellä seuraavasti:

Konsolidaatio : Prosessi, jossa maa-aineksen tilavuus vähenee veden poistumisen seurauksena.

Tiivistyminen: Prosessi, jonka yhteydessä maapartikkelit “pakotetaan” yhteen.

Sivuttaissuuntaiset siirtymät : Leikkausjännityksen aiheuttama sivusuuntainen liike maa-ainesta kuormitettaessa. Liikkeen suuruus lisääntyy mikäli varmuuskertoimet pienenevät (kts. kpl 5.2).

Painumat: Maaperän pinnan tasossa kuormituksen alla tapahtuvat pystysuuntaiset muutokset. Kuormituksen voi aiheuttaa esimerkiksi tie tai rakennus. Painuma on tiivistymisen ja sivuttaissuuntaisten siirtymien yhteisvaikutuksen summa.

Turve voi konsolidoitua, tiivistyä ja painua kahdella tavalla kuormituksen alla:

a) Hitaasti, asteittain konsolidoituen ja tiivistyen jolloin turvemassalle on aikaa vastata kuormitukseen. Tämä on toivottu menetelmä rakennettaessa tietä turpeen päälle. Menetelmä antaa turpeelle aikaa parantaa lujuuttaan ja kantavuuttaan.
b) Nopeasti, jolloin muutoksia tapahtuu ilman tilavuudessa tapahtuvia muutoksia. Muutokset aiheuttavat vaurioita levitessään nopeasti ja turpeen leikkautuessa. Turve kestää heikosti ”ylisuuria leikkausjännityksiä”. Siksi kuormitustasoa on seurattava tarkasti, jotta jännitykset voidaan pitää halutulla tasolla.

Normaalisti turpeen konsolidaatiossa, tiivistymisessä ja painumisessa voidaan havaita kolmea vaihetta: välitön painuma, ensisijainen konsolidaatio ja toissijainen tiivistyminen. Joissakin lähteissä on myös mainittu neljäs vaihe: tertiäärinen (kolmannen vaiheen) painuma.

Turpeen konsolidaatiokäyttäytyminen. Kuvaajassa esitetään turpeen konsolidaation ja painumien 4 eri vaihetta tierakennetta kuormituksen alla. Katso eri vaiheiden selitykset alapuolelta.

Välitön painuma (a)

Elastinen tai välitön painuma muodostuu välittömästi kuormituksen tapahduttua. Yleensä tämä vaihe voidaan jättää huomioimatta kun monitoroidaan konsolidaatiota, sillä sitä on melkein mahdotonta mitata. Tämä näkyy kuitenkin teoreettisena, välittömänä 0,05m painumana aika–jännitys kuvaajan alussa.

Ensimmäisen asteen konsolidaatio (b)

Turve on luonnollisessa muodossaan erittäin vettä läpäisevää. Välitön painuma tai “välitön konsolidaatio” kontrolloidun kuormituksen alla on yleensä suuri ja painuma-aika on lyhyt, yleensä päiviä. Tämän välittömän kuormitusvaiheen aikana vapaa vesi ja turpeen sisällä oleva turverunko aiheuttavat uuden kuormituksen turpeessa. Turve kestää kuormitusta, kun kasvirakenne sekä tiivistyy että lujittuu ja osa kuormituksesta kääntyy takaisin aiheuttaen huokosveden painetta. Tämä paineistettu huokosvesi puolestaan purkaa painettaan viereiseen kuormittamattomaan turpeeseen, jossa voi tapahtua painumia, sen lujuus voi parantua ja kuormituksen jakaantuu laajemmalle.

Normaalisti tien rakennekerroksia rakennettaessa esiintyy primääristä konsolidaatiota. Tämän konsolidaation suuruus riippuu penkereen painosta, turvekerrostuman paksuudesta sekä muista kokoonpuristuvista maalajeista.

Toisen asteen tiivistyminen (c)

Toisen asteen tiivistymisvaiheessa turpeen kuormitus jatkuu edelleen. Kuormitus siirtää vettä turverungon sisällä turvemassan jatkaessa reagoimista lisääntyvään kuormitukseen. Yleisesti on todettu, että tämä toinen vaihe on lineaarinen ajan logaritmin mukaan kun kuormitetut kasvipalaset liukuvat turvemassassa liukuessa ja järjestäytyvät uudelleen muodostaen tiheämmän matriisin. Kun kasvipartikkelit puristuvat yhteen, huokoset sulkeutuvat ja vastaavasti turpeen vedenläpäisevyys pienenee.

Tertiäärinen painuma (d)

Jotkin tutkijat ovat ehdottaneet, että turpeessa kuormituksen alla tapahtuisi myös tertiäärinen (kolmannen vaiheen) painumavaihe. Tässä vaiheessa toisen asteen painumanopeus kasvaa logaritmisesti ajan suhteen kunnes se häviää. On ajateltu, että tämä kolmas vaihe tapahtuu makro- ja mikrohuokosissa. Yleensä tämä ilmiö jätetään kuitenkin geoteknisessä suunnittelussa tarkastelematta.

Sivuttaissuuntainen siirtymä (e)

Penkereen luiskan alla tapahtuvan sivuttaissuuntaisen liikkeen vaihteluväli on noin 0,1m. Tämä liike lisää turpeen kokoonpuristumisesta aiheutuvia painumia. Normaalisti sivuttaissuuntaiset liikkeet tapahtuvat hyvin aikaisessa vaiheessa ja vaikuttavat enimmäkseen turpeessa penkereen luiskan alla ja reunoissa. Sivuttaissuuntaisista liikkeistä aiheutuvia muutoksia voidaan yleensä tarkkailla, mikäli varmuuskerroin on riittävän suuri.

Yhteenveto

Edellä olevat neljä konsolidaation ja painuman vaihetta on selitetty hyvin yksinkertaisesti. Todellisuudessa turvetta kuormitettaessa tapahtuvat prosessit ovat monimutkaisia. Ensisijaisen konsolidaation määrä vaihtelee turvetyypin mukaan. Nyrkkisääntönä voidaan kuitenkin pitää sitä, että sen määrä tulee olemaan noin 50% aikojen kuluessa tapahtuvasta kokonaispainumasta. Toisen vaiheen tiivistyminen ja kolmannen vaiheen painumat tapahtuvat yleensä 30 vuoden (tai 10 000 päivän) aikana.

Kaikissa yllä mainituissa tapauksissa on erityisen tärkeää, että turvekerrostumat kuormittuvat hitaasti ja vaiheittain. Tällöin tapahtuu vaiheittain konsolidaatio ja saavutetaan riittävä lujuus eikä leikkausmurtumia synny. Jos kuormitus tapahtuu liian nopeasti, voi syntyä katastrofaalisia vaurioita. Turpeen päälle on mahdollista rakentaa tie, mikäli ”kuivan turpeen” lujuutta voidaan hyödyntää. Mikäli turvetta kuormitetaan liian nopeasti, siihen syntyy vedenpainetta ja tällöin turpeella on vain sen luonnollinen leikkauslujuus, joka voi olla jopa vähemmän kuin 6 kPa. Tätä ilmiötä tulee välttää ja tiesuunnittelijoiden pitäisi olla tietoisia siitä, että vaarallisia leikkausjännityksiä voi muodostua penkereen rakentamisen alkuvaiheessa, mikäli turvemassaa on kuormitettu liian nopeasti.

2.3. Routa, sporaadinen ikirouta ja ikirouta

Kun turvealueilla rakentamisessa esiintyy routaa, sporaadista ikiroutaa ja ikiroutaa, on tehtävä erityisjärjestelyjä. Tällöin materiaaleihin liittyy sekä etuja että haittoja. Positiivisena puolena on se, että jäätyneillä alueilla kaivaminen ja täyttäminen ovat helpompaa. Niihin voi kuitenkin tulla odottamattomia painumia kesäaikaan vielä vuosienkin jälkeen kun jäätynyt materiaali on sulanut.




Valitettavasti ei ole olemassa menetelmää, jolla pystyttäisiin ennustamaan tämän tyyppisten painumien syntyminen ja minkälaisia painumia tulee tapahtumaan.

Maa alkaa sulaa auringon lämmön absorboituessa tummaan tien päällysteeseen ja sen johtuessa alemmas jäässä oleviin kerroksiin. Ikiroudan päälle voidaan rakentaa teitä, mutta tällöin jäätynyttä maata suojaavia rakenteita, kuten eristerakenteita, tulee käyttää, jotta alla oleva maa ei ala sulaa.

Choose another lesson Back to Roadex Network