Rakenteen mitoitukseen vaikuttavia tekijöitä

Mitoituksen lähtökohdat

Kadun ja tien suunnittelussa kantavuudella tarkoitetaan rakenteen kykyä vastustaa liikennekuormien vaikutuksesta syntyviä muodonmuutoksia. Mitä parempi rakenteen kantavuus on, sitä pienempiä ovat kuormitusten aiheuttamat taipumat.

Päällysteen tulee olla sekä itsessään että rakenteen päällä  tapahtuva liikenne huomioon ottaen riittävän kestävä koko rakenteen suunnitellun käyttöiän ajan. Käytännössä tämä toteutetaan käyttämällä laadukkaita kiviaineksia riittävän paksuina huolellisesti tiivistettyinä kerroksina.

Liikenne- ja lämpötilakuormitusten aiheuttamat jännitykset ja muodonmuutokset rakenteen kerrosten rajapinnoilla ovat mitoituksen tärkeimpiä lähtökohtia. 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  muodonmuutosten seurauksena.

Betonikivien muotoilulla voidaan vaikuttaa päällysteen vetojännitysten vastaanotto- ja siirtokykyyn. Lukkiutuvat reunaprofiloidut kivet soveltuvat erityisen hyvin vaativimpiin päällystekohteisiin, joissa tarvitaan hyvää kuormitusten kestävyyttä sekä vähäisiä painumia. Saumojen välinen kitka vaikuttaa kaikkien kivityyppien toimintaan. Kitkan avulla kiveys toimii laattamaisesti ja pystyy siirtämään kuormituksia laajemmalle alueelle. Saumojen huolellinen täyttö ja kiveyksen täryttäminen onkin tärkeä työvaihe. Saumauksen onnistumisen kannalta suositeltava saumaleveys on 3 mm.

Myös sään vaikutukset on otettava huomioon päällysteiden ja rakennekerrosten mitoituksessa. Lämpötilavaihtelut aiheuttavat rakenteisiin jännityksiä, routa voi liikuttaa päällysrakennetta  ja runsaat sateet  alentaa kantavuutta.

Betonikivipäällysteen suunnittelussa ja mitoituksessa vaikuttava tekijä on myös kiveyksen kulutuskestävyys nastarengasliikenteessä. Kiven kulutuskestävyys tulee mitoittavaksi niillä alueilla, jotka joutuvat alttiiksi voimakkaalle nastarengaskulutukselle. Tällaisia alueita ovat mm.

• suojatiet
• kaistat, joilla on runsaasti henkilöautoliikennettä
• liikenneympyrät (lisärasituksena hiertävä kulutus)
• kaarteet

Hyvin kulutusta kestävän betonikiven runkoaineen maksimiraekoon tulee olla normaalia suurempi, vähintään 6 mm ja itse kiviaineksen laadun tulee olla kaikilta osin korkealaatuista sekä kiven lujuuden tavanomaista suurempi. Näihin ominaisuuksiin on kiinnitetty huomiota myös betonikivien laadunvalvonnan yhteydessä.

Suunnittelussa otetaan huomioon

• kuormitusten lukumäärä
• kuormitusten suuruus
• kuormitustapa
• materiaaliominaisuudet
• sää- ja ilmasto

Päällysteiden suunnittelua ja asennusta ohjaa InfraRYL 2010. Ohjeistusta on annettu myös julkaisussa käsikirjassa ”Betonituotteet ympäristörakentamisessa” julkaisijana Betoniteollisuus ry.