Jäykät päällysteet ovat saaneet nimensä siksi, että päällysterakenne taipuu hyvin vähän kuormituksessa niiden pintakerroksen korkean kimmomoduulin vuoksi. Jäykkä päällysterakenne koostuu tyypillisesti PCC-pintakerroksesta, joka on rakennettu joko (1) pohjamaan tai (2) alapuolella olevan pohjakerroksen päälle. Suhteellisen jäykkyytensä vuoksi päällysterakenne jakaa kuormitukset laajalle alueelle vain yhdellä tai korkeintaan kahdella rakennekerroksella (ks. kuva 1).
Kuva 1. Päällysterakenne. Jäykän päällysteen kuormituksen jakautuminenTässä kohdassa kuvataan tyypillinen jäykkä päällysterakenne, joka koostuu:
Pintakerros
Tämä on ylin kerros, joka koostuu PCC-laatasta.
Pohjakerros
Tämä on kerros suoraan PCC-kerroksen alapuolella, ja se koostuu yleensä kiviaineksesta tai stabiloidusta pohjamaasta.
Pohjakerros
Tämä on pohjakerroksen alapuolella oleva kerros (tai kerrokset). Alapohjakerrosta ei aina tarvita, joten se voidaan usein jättää pois.
Rakenneosat
Tyypillinen jäykkä päällysterakenne (ks. kuva 2) koostuu pintakerroksesta ja sen alla olevista pohja- ja alapohjakerroksista (jos niitä käytetään). Pintakerros (joka on valmistettu PCC:stä) on jäykin (kimmomoduulilla mitattuna), ja se muodostaa suurimman osan lujuudesta. Alapuoliset kerrokset ovat kertaluokkaa vähemmän jäykkiä, mutta niillä on silti tärkeä osuus päällysteen lujuudessa sekä kuivatuksessa ja pakkassuojassa.
Kuva 2. Päällysteen lujuus. Jäykän päällysteen perusrakenne
Pintakerros
Pintakerros on liikennekuormien kanssa kosketuksissa oleva kerros, ja se on valmistettu PCC:stä. Se tarjoaa sellaisia ominaisuuksia kuin kitka (ks. kuva 3), tasaisuus, meluntorjunta ja kuivatus. Lisäksi se toimii vedeneristyskerroksena alapohjan, välipohjan ja alapohjarakenteen alla olevalle alustalle. Pintakerroksen paksuus voi vaihdella, mutta se on yleensä 150 mm (6 tuumaa) (kevyessä kuormituksessa) ja 300 mm (12 tuumaa) (raskaassa kuormituksessa ja vilkkaassa liikenteessä) välillä. Kuvassa 4 on esitetty 300 mm:n (12 tuuman) pintakerros.
|
|
|
Pohjakerros
Pohjakerros on välittömästi pintakerroksen alla. Se tarjoaa (1) lisäkuorman jakautumisen, (2) edistää kuivatusta ja pakkasenkestävyyttä, (3) tasaisen tuen päällysteelle ja (4) vakaan alustan rakennuskoneille (ACPA, 2001). Pohjalaatat auttavat myös estämään laatan pumppauksesta johtuvia maanpinnan alapuolisia liikkeitä. Pohjakerrokset rakennetaan yleensä seuraavista materiaaleista:
- Kiviainespohja. Yksinkertainen murskatusta kiviaineksesta tehty pohjakerros on ollut yleinen vaihtoehto 1900-luvun alkupuolelta lähtien, ja se soveltuu edelleen moniin tilanteisiin nykyäänkin.
- Stabiloitu kiviaines tai maa-aines (ks. kuva 5). Stabilointiaineita käytetään sitomaan muutoin löysät hiukkaset toisiinsa, mikä antaa lujuutta ja koheesiota. Sementillä käsiteltyjä pohjia (CTB) voidaan rakentaa jopa 20 – 25 prosenttia pintakerroksen lujuudesta (FHWA, 1999). Kuitenkin 1950-luvulla ja 1960-luvun alussa käytetyillä sementtikäsitellyillä alustoilla (CTB) oli taipumus menettää liian suuria määriä materiaalia, mikä johti levyjen halkeiluun ja laskeutumiseen.
- Tiivisluokiteltu HMA. Tilanteissa, joissa halutaan korkeaa pohjan jäykkyyttä, pohjakerrokset voidaan rakentaa käyttämällä tiheäluokkaista HMA-kerrosta.
- Läpäisevä HMA. Tietyissä tilanteissa, joissa halutaan suuri pohjajäykkyys ja erinomainen kuivatus, pohjakerrokset voidaan rakentaa käyttäen avointa HMA-kerrosta. Viimeaikaiset tutkimukset saattavat viitata joihinkin merkittäviin ongelmiin ATPB:n käytössä.
- Laihabetonointi (ks. kuva 6). Sisältää vähemmän portlandsementtimassaa kuin tyypillinen PCC ja on lujempaa kuin stabiloitu kiviaines. Laihat betonialustat (LCB) voidaan rakentaa jopa 25-50 prosenttiin pintakerroksen lujuudesta (FHWA, 1999). Laiha betonipohja toimii samalla tavalla kuin tavallinen PCC-pintakerros, joten se vaatii työsaumoja ja halkeilee ajan mittaan. Nämä saumat ja halkeamat voivat mahdollisesti aiheuttaa heijastushalkeilua pintakerrokseen, jos niitä ei ole sovitettu huolellisesti yhteen.
|
|
|
Aluspohjakerros
Aluspohjakerros on päällysterakenteen osa pohjamaakerroksen ja pohjamaan välissä. Se toimii ensisijaisesti rakenteellisena tukena, mutta sillä voidaan myös:
- Minimoida hienoaineksen tunkeutumista pohjamaasta päällysterakenteeseen.
- parantaa kuivatusta.
- minimoida pakkasvaurioita.
- Tarjoaa työskentelyalustan rakentamista varten.
Aluspohja koostuu yleensä huonolaatuisemmista materiaaleista kuin pohjakerros, mutta parempilaatuisista kuin pohjamaa. Sopivia materiaaleja ovat kiviaines ja korkealaatuinen rakennetäyttö. Alapohjakerrosta ei aina tarvita tai käytetä.
Tyypit
Lähes kaikki jäykät päällysteet valmistetaan portlandsementtibetonista (PCC). Jäykät päällysteet jaetaan kolmeen pääryhmään halkeamien hallintakeinojen perusteella:
Liitosbetonipäällyste (JPCP)
Tämä on yleisin jäykän päällysteen tyyppi. JPCP:ssä halkeamia hallitaan jakamalla päällyste yksittäisiin laattoihin, jotka on erotettu toisistaan supistumissaumoilla. Laatat ovat tyypillisesti yhden kaistan levyisiä ja 3,7 m (12 ft.) – 6,1 m (20 ft.) pitkiä. JPCP-menetelmässä ei käytetä betoniterästä, mutta siinä käytetään tappitankoja ja sidontatankoja.
Liitosbetonipäällyste (JRCP)
Kuten JPCP:ssä, myös JRCP:ssä halkeamia hallitaan jakamalla päällyste yksittäisiin laattoihin, jotka on erotettu toisistaan supistumissaumoilla. Nämä laatat ovat kuitenkin paljon pidempiä (jopa 15 m) kuin JPCP-laatat, joten JRCP:ssä käytetään raudoitusterästä kunkin laatan sisällä laatan sisäisten halkeamien hallitsemiseksi. Tätä päällystetyyppiä ei enää rakenneta Yhdysvalloissa joidenkin pitkän aikavälin suorituskykyongelmien vuoksi.
Jatkuvasti raudoitettu betonipäällyste (CRCP)
Tässä jäykässä päällystetyypissä käytetään halkeamien hallintaan betoniterästä eikä supistumissaumoja. Halkeamat syntyvät tyypillisesti aina 1,1 – 2,4 metrin (3,5 – 8 jalkaa) välein, ja alla oleva betoniteräs pitää ne tiukasti yhdessä. FHWA Tech Brief.