OHJEEN SISÄLTÖ
Päällysrakenteen osat
Päällysrakenteen mitoittaminen
Päällysrakenteen rakentaminen
Katujen normaalipäällysrakenteet
Kadun erikoisrakenteet
Päällysrakenteella tarkoitetaan kaikkia alusrakenteen (pohjamaan tai pengertäytteen) yläpuolisia rakennekerroksia. Päällysrakenteen tehtävä on ottaa vastaan liikenteen kuormitukset ja jakaa ne tasaisesti alusrakenteelle. Normaalipäällysrakenteen osien nimitykset on esitetty kuvassa 5.3.1. Kaikkia kuvan kerroksia ei välttämättä ole samassa rakenteessa. Katurakenteessa jakava kerros ja suodatinkerros yhdistetään usein tukikerrokseksi.
Kuva 5.3.1 Kadun päällysrakenteen osat
Suodatinkerros rakennetaan luonnonkiviaineksesta tai uusiomateriaalista, jonka rakeisuuden ohjealue on esitetty InfraRYL taulukossa 21110:K1.
Suodatinkerros voidaan korvata suodatinkankaalla edellyttäen, ettei tukikerroksen kokonaispaksuutta pienennetä. Tavallisesti koko tukikerros tehdään tällöin jakavan kerroksen materiaalista. Tällainen rakenne on perusteltu mm. heikosti kantavilla pohjamailla, jolloin työkoneiden liikkuminen ohuen ja heikosti kantavan kerroksen päällä voi olla vaikeata, tai kun suodatinkerroksen materiaalia on huonosti saatavilla.
Jakava kerros rakennetaan yleensä murskeesta, jonka maksimiraekoko on 63 tai 90 mm. Normaalia suurempia jakavan kerroksen rakeisuuksia 0/125, 0/180 ja 0/250 voidaan käyttää, jos siitä ei ole haittaa työnaikaiselle liikenteelle tai valmiin kerroksen laatuvaatimusten saavuttamiselle.
Kantava kerros tehdään kaikissa katuluokissa maapohjan kantavuudesta riippumatta. Kantavan kerroksen tarkoitus on kantavuuden lisäämisen ohella muodostaa päällystekerroksille tasainen, tiivis ja oikean muotoinen alusta.
Ajoratojen kantava kerros tehdään murskeesta (sora- tai kalliomurske), jonka maksimiraekoko on 32-64 mm. Kantava kerros voidaan tehdä myös osaksi tai kokonaan stabiloituna.
Päällystekerroksia ovat kulutuskerros ja mahdollinen sidekerros sekä kantavan kerroksen sidottu yläosa. Kantavan kerroksen sidottu yläosa tehdään asfalttibetonista ABK 31 tai ABK 22. Sidekerros tehdään normaalisti asfalttibetonista (ABS 16 – ABS 22). Tavanomainen kulutuskerrosmateriaali kaduilla on asfalttibetoni (AB 6 – AB 22). Vilkkaasti liikennöidyillä kaduilla kulutuskerroksena käytetään nastarengaskulutusta hyvin kestävää kivimastiksiasfalttia (SMA). Vilkkaasti ja raskaasti liikennöityjen teiden ylimmät päällystekerrokset voidaan usein rakentaa vaiheittain, jolloin myös side- tai kantavan kerroksen päällyste voivat toimia kulutuskerroksena jopa useita vuosia.
Betonikivi- ja luonnonkivipäällysteitä käytetään erityisesti aukioilla ja jalankulkualueilla. Luonnoskivipäällysteitä käytetään usein myös risteysalueiden ja kaupunkien keskustojen katujen päällysteenä. Kivipäällysteiden alapuolelle rakennetaan usein asfalttikerros (-kerroksia) parantamaan rakenteen kantavuutta ja kykyä vastustaa muodonmuutoksia.
Yleistä
Kadun päällysrakenteen mitoittaminen tapahtuu kahden ominaisuuden – kantavuuden ja routivuuden – perusteella. Päällysrakenteen suunnittelun kulku on karkeasti seuraava:
- Valitaan katuluokka. Katuluokka valitaan kadun liikenneteknisen merkityksen perusteella. Luokittelu on esitetty tämän ohjeen taulukossa 5.3.1.
- Pohjatutkimusten perusteella valitaan alusrakenneluokka ja alusrakenneluokan E-moduuli. Epätasalaatuisissa pohjamaaolosuhteissa mitoitus tehdään ensisijaisesti epäedullisimman tapauksen mukaan. Luokittelu on esitetty tämän ohjeen taulukossa 5.3.2.
- Selvitetään alusrakenteen routivuusominaisuudet (ks. kappale 5.2 ”Routivuustutkimukset” ja ”Routamitoitus”)
- Valitaan mitoitettava rakennetyyppi sen mukaan, käytetäänkö rakenteessa normaalipäällysrakennetta, suodatinhiekkarakennetta, uusiomateriaaleista tehtävää rakennetta, eristerakennetta tms. Joitakin tyyppirakenteita on esitelty kappaleissa 5.3.4 ja 5.3.5.
- Valitaan mitoitustaulukko katuluokan, alusrakenneluokan perusteella InfraRYLin valmiiksi mitoitetuista taulukoista (normaalipäällysrakenteet). Päällysrakenne voidaan myös mitoittaa kokonaan alusta lähtien Tierakenteen suunnittelu -ohjeen mukaan.
- Tarkistetaan rakenteen routamitoitus (ks. kappale Routamitoitus)
- Asetetaan rakenteen jakavan ja kantavan kerroksen päältä vaadittavan kantavuusvaatimus. Työmaalla voidaan saavuttaa jakavan kerroksen päältä mitattaessa noin 85% laskennallisesta kantavuudesta ja noin kantavankerroksen päältä noin 90% laskennallisesta kantavuudesta.
- Asetetaan sitomattomien kerrosten (jakava ja kantava) tiiveysvaatimus (InfraRYL).
Ensiksi on tarkoituksenmukaista mitoittaa päällysrakenne kantavuuden perusteella. Mikäli alusrakenne on tutkimuksilla todettu routimattomaksi, on kantavuuden perusteella määritelty päällysrakenne samalla lopullinen.
Mikäli alusrakenne on todettu routivaksi, tarkistetaan päällysrakenteen kokonaispaksuuden riittävyys routivuuden kannalta. Mikäli päällysrakennetta joudutaan routivuuden vuoksi vahventamaan, se tapahtuu tukikerrosta paksuntamalla. Yleisesti voidaan todeta, että routamitoitus tulee määrääväksi ainakin Itä- ja Pohjois-Suomen routivilla pohjamailla.
On myös syytä muistaa, että kadun päällysrakenteen mitoituksen lisäksi tulee suunnittelussa ottaa huomioon kadun tulevat painumat sekä esim. katupenkereen stabiliteettikysymykset. Asiantuntevan geoteknikon tulee suorittaa näiden asioiden laskennalliset tarkastelut, ja niiden tulee perustua luotettaviin tietoihin vallitsevista pohjasuhteista.
Katuluokitus
Kadut luokitellaan niiden liikenteellisen merkityksen mukaan katuluokkiin 1 – 6 taulukon 1 mukaisesti.
| Katuluokka | Kuvaus | Liikennemäärä (ajon. / vrk) |
| 1 | Erittäin raskaasti liikennöity pääkatu (ajokaistoja 2+2) | > 30 000 |
| 2 | Raskaasti liikennöity pääkatu (ajokaistoja 2+2) | 10 … 30 000 |
| 3 | Pääkatu, kokooja- tai vilkasliikenteinen kerrostaloalueen asuntokatu (ajokaistoja 1+1) | 2500 … 10 000 |
| 4 | Asuntokatu tai pientaloalueen kokoojakatu, raskaiden ajoneuvojen pysäköintialueet | 500 … 2 500 |
| 5 | Pientaloalueen asuntokatu tai huoltoliikenteen väylät, henkilöautojen pysäköintialueet | 10 … 500 |
| 6 | Jalkakäytävät, pyörätiet, puistotiet; ei ajoneuvoliikennettä |
Taulukko 1 Katujen luokitus niiden liikenneteknisen merkityksen mukaan
Alusrakenteen kantavuusluokitus
Kadun päällysrakenteen kantavuusmitoitus perustuu alusrakenteen kantavuuteen. Alusrakenteen maalaji määritetään pohjatutkimuksiin perustuen.
Katujen alusrakenteen kantavuusluokitus on taulukon 2 mukainen.
| Maalaji | Tarkennus | Lyhennys | Luokka |
| Kallio | kallio louhe 1) murske 1) |
Ka Lo M |
A |
| Kivet 1) | Ki | A | |
| Sora | Sr | B | |
| Soramoreeni | routimaton routiva 2) |
rton SrMr SrMr |
C E (F)4) |
| Hiekka | routimaton karkea routimaton keskik. routimaton hieno routiva keskik. routiva hieno |
rton kaHk rton keHk rton hHk keHk hHk |
C D D (E)4) E E (F)4) |
| Hiekkamoreeni | routimaton routiva 2) |
rton HkMr HkMr |
D (E)4) E (F)4) |
| Siltti Silttimoreeni |
Si SiMr |
F (G4), E5)) | |
| Savi | kuivakuori (h ≥ 1 m) sitkeä (Su ≥ 25 kN/m2)3) pehmeä (Su < 25 kN/m2)3) |
kuivak. Sa Sa Sa |
E F (E)5) G |
| Lieju Turve |
Lj Tv |
G |
HuomautuksetAlusrakenteen kantavuus arvioidaan normaalisti pohjamaan maalajin perusteella. Jos pengertäytteen paksuus on vähintään 1 m, käytetään pengertäytteen kantavuusluokkaa. Jos pengertäytteen paksuus on alle 1 m, alusrakenteen kantavuus voidaan laskea, kun E-moduuliksi valitaan pengertäytteen kantavuusluokkaa vastaava kantavuus. Myös muut alusrakenteen pinnassa olevat varsinaista pohjamaata paremmin kantavat maakerrokset rinnastetaan tässä suhteessa pengertäytteeseen.
1) Routiva murske sekä routivaa maata sisältävä louhe ja kivet rinnastetaan vastaavaan routivaan maalajiin.
2) Kantavuudeksi voidaan valita 35 MN/m2, jos kyseessä on kuiva penger tai jos hienoainespitoisuus on enintään 20 % ja paikka ei ole märkä (ks. huomautus 4).
3) Siipikairauksella todettu suljettu leikkauslujuus.
4) Suluissa olevaa kantavuusluokkaa käytetään, kun maa-aines on märkää lopullisessa alusrakenteessa eli pohjaveden etäisyys alusrakenteen pinnasta on alle 1 m tai paikkaan kerääntyy pintavesiä.
5) Penkereessä kuivana.
Taulukko 2 Alusrakenteen kantavuusluokitus
Alusrakenteen routivuusluokitus
Maalajien luokittelu routiviin ja routimattomiin on esitetty kappaleessa 5.2 ”Routivuustutkimukset”. Epäselvissä tapauksissa määritetään pohjamaan routivuus laboratoriossa kapillaarisuuskokeilla tai kentällä routanousukokeilla.
Ellei tarkempia tutkimustuloksia ole käytettävissä, luokitellaan routiviksi tavalliset savet ja karkearakenteiset moreenit ja erittäin routiviksi siltti ja hienojakoiset moreenit.
Kantavuusmitoitus
Katurakenteen kantavuus lasketaan Odemarkin kantavuuskaavalla:
jossa:
EA mitoitettavan kerroksen alapinnan kantavuus (MPa)
EY mitoitettavan kerroksen yläpinnan kantavuus (MPa)
E mitoitettavan kerroksen materiaalin E -moduuli (MPa)
h mitoitettavan kerroksen paksuus (m)
0,15 kuormittavan pyörän kosketuspinnan laskennallinen säde (m)
Odemarkin kantavuuskaavaa käytettäessä kerrospaksuus saa olla enintään 300 mm. Paksummat kerrokset jaetaan mitoitettaessa 150…300 mm paksuihin osakerroksiin. Rakennekerrosta ei saa jakaa 150 mm ohuempiin osakerroksiin.
‒ Sitomattoman kerroksen käyttökelpoinen E-moduuli on enintään 6 ∙ EA
‒ Osittain sidottujen kerrosten (esim. REST, KOST, MHST) E-moduuli enintään n ∙ EA, missä kerroin n saadaan Tierakenteen suunnitteluohjeesta (Liikenneviraston ohjeita 38/2018).
Yhteen liimaantuneet, ehjät bitumilla sidotut kerrokset, joiden E > 1500 MPa, lasketaan yhtenä kerroksena, jonka moduuliksi otetaan osakerrosten moduulien paksuuksilla painotettu keskiarvo.
Päällysrakenteen kantavuuden mitoittaminen Odemarkin kantavuuskaavan avulla edellyttää, että tunnetaan sekä pohjamaan kantavuus että käytettävien rakennekerrosmateriaalien E-moduuliarvot. Tietoa Odemarkin kantavuusmitoituksessa käytettävistä materiaalien E-moduuliarvoista löytyy Tierakenteen suunnitteluohjeesta. Katurakenteissa tavallisimmin käytettävien materiaalien E-moduuliarvoja on esitetty taulukossa 5.3.3. Katurakenteelta vaadittava kantavuus (E2) on katuluokasta riippuva ja on esitetty taulukossa 5.3.4. Taulukossa on esitetty myös katuluokan tavanomainen päällystepaksuus sekä päällystekerrosten alapuolelta vaadittava vähimmäiskantavuus.
| Materiaali | E-moduuli MN/m2 (yleinen arvo) |
| Asfalttibetoni (AB, ABS) | 2500 |
| Luonnonkivi/betonikivi (lukkiutumaton) | 5000 |
| Betonikivi (lukkiutuva) | 5000 |
| Pehmeä asfalttibetoni | 1500 |
| Kantavan kerroksen murske | 200…350 (280) |
| Jakava sora | 150…280 (200) |
| Suodatinhiekka | 30…100 (70) |
Taulukko 3 Katurakenteen materiaalien E-moduuliarvoja
| Katuluokka | Katurakenteelta vaadittava kantavuus | Päällystepaksuus (asfalttipäällyste) | Vähimmäiskantavuus päällysteen alapuolelta |
| Katuluokka 1 | 500 MN/m2 | 160-220 mm | 154 MN/m2 |
| Katuluokka 2 | 420 MN/m2 | 140-190 mm | 142 MN/m2 |
| Katuluokka 3 | 350 MN/m2 | 90-160 mm | 137 MN/m2 |
| Katuluokka 4 | 250 MN/m2 | 50-90 mm | 145 MN/m2 |
| Katuluokka 5 | 200 MN/m2 | 50-90 mm | 111 MN/m2 |
| Katuluokka 6 | 175 MN/m2 | 30-40 mm | 145 MN/m2 |
Taulukko 4 Katurakenteelta vaadittava kantavuus, tavanomainen päällystepaksuus sekä vähimmäiskantavuus päällysteen alapuolelta
Routamitoitus
Päällysrakenteen routamitoitus voidaan tehdä kahdella vaihtoehtoisella menetelmällä. Routanousu voidaan laskea routimiskertoimen (segregaatiopotentiaalin) ja routivan kerroksen lämpötilagradientin avulla tai pohjamaan routaturpoamaan ja päällysrakenteen materiaalien eristävyyteen perustuen. Ensin mainittu menetelmän on kuvattu kappaleessa Pohjarakennussuunnittelu ja jälkimmäinen ohjeessa Tierakenteen suunnittelu. Katurakenne suunnitellaan siten, että routanousu pysyy sallituissa rajoissa (ks. kappale 5.2).
Päällystesuunnittelu
Katukohteen päällysteiden suunnittelussa huomioon otettavia lähtötietoja ovat mm. kohteen sijainti, liikennemäärä, raskaan liikenteen määrä, katuluokka ja sen kantavuusvaatimukset, nopeusrajoitus, muu katuympäristö (mm. mahdolliset häiriintyvät kohteet) sekä kohteen erityispiirteet kuten liikennevaloristeykset ja kiertoliittymät. Päällysteiden suunnittelua ohjaa yleisesti InfraRYL. Asfalttipäällysteiden osalta suunnittelu tehdään Asfalttinormien mukaan.
Vaikka useiden asfalttipäällysteen laatuvaatimusten osalta suunnitelmissa voidaan viitata Asfalttinormeihin, on suunnitelmissa kuitenkin täsmennettävä useita vaatimuksia, jotta päällysteestä saadaan kohteeseen sopiva. Asfalttipäällysteelle voidaan asettaa joko toiminnallisia vaatimuksia, tai vaatimuksia voidaan asettaa suoraan asfalttipäällysteelle ja sen materiaaleille. Toiminnallisista laatuvaatimuksista on kerrottu enemmän Asfalttinormeissa.
Usein käytetty tapa on esittää suunnitelmissa vaatimuksia kohteen asfalttipäällysteelle ja sen materiaaleille. Suunnitelmiin määritellään Asfalttinormien periaatteiden mukaisesti päällystetyyppi, massamäärä, kiviaineksen rakeisuus, lujuus sekä muoto, sideaine sekä mahdolliset lisäaineet. Massamäärän vaatimus asetetaan paksuusvaatimuksena [mm] tai massamäärävaatimuksena [kg/m2], molempia ei voi vaatia samanaikaisesti. Suunnitelma-asiakirjoissa tulee asettaa tarvittaessa vaatimuksia myös päällysteen saumojen sijainnille, alustan käsittelylle (esimerkiksi sidotun alustan puhdistaminen ja päällysteen liimaus alustaan) sekä saumojen käsittelylle.
Edellä mainittujen ominaisuuksien lisäksi asfalttipäällysteeltä vaaditaan useita muita ominaisuuksia, joiden osalta voidaan usein viitata suoraan Asfalttinormeihin. Tällaisia ominaisuuksia ovat päällysteen koostumus, tiiviys, kitka, tasaisuus, tasalaatuisuus sekä kaltevuuden ja korkeusaseman poikkeamat suunnitellusta.
Asfalttipäällysteen kelpoisuuden osoittamisessa voidaan yleensä viitata suoraan Asfalttinormeihin.
Kadun rakennekerrokset rakennetaan kerroksittain niin, että rakenteen tiivistäminen onnistuu valitulla tiivistyskalustolla. Tiivistyskaluston valinta tehdään InfraRYLin liitteen 2 taulukon T1 mukaan.
Rakennekerrosten tiivistämistyön aikana materiaalin tiivistymistä seurataan tiiviydentarkkailumenetelmillä, joilla varmistetaan, että käytettävällä työmenetelmällä ja tiivistyskalustolla saavutetaan asetetut tiiviys- ja kantavuusvaatimukset. Katurakenteen sitomattomien kerrosten kantavuuden ja tiiviyden kehittymistä rakentamisen aikana seurataan yleensä jyrän jatkuvalla tiiviyden mittausjärjestelmällä ja valvotaan laadunvalvontamittauksilla, jotka tehdään joko pudotuspainolaitteella (ei kannettava pudotuspainolaite) tai levykuormituslaitteella.
Päällysteiden osalta työn tekemistä ja työmenetelmiä koskevia vaatimuksia on esitetty InfraRYLissä. Ohjeita täsmennetään tarvittaessa kohdekohtaisissa suunnitelmissa.
Katujen päällysrakenteiden käytännön suunnittelua varten on eri katuluokille mitoitettu normaalipäällysrakenteet pohjamaan kantavuudesta riippuen. Valmiiksi mitoitetut normaalipäällysrakenteet on esitetty InfraRYLissä. Esitetyt ratkaisut perustuvat pelkästään kantavuusmitoitukseen. Mikäli pohjamaa on routivaa, tulee päällysrakenteen kokonaispaksuuden riittävyys varmistaa routamitoituksen avulla.
Sallitun routanousun suuruus tulee harkita tapauskohtaisesti. Katujen sallitut routanousut on esitetty kappaleessa 5.2. Epätasaisia routanousuja, joita lisäävät mm. katualueelle sijoitetut teknisen huollon johdot, ei saa sallia.
Normaalipäällysrakennetaulukoihin sisältyvät myös tavoitekantavuudet eri rakennekerrosten päältä laskettuna.
Yleistä
Normaalirakenteesta poikkeavia päällysrakenneratkaisuja voidaan katuja suunniteltaessa kehitellä lähes rajattomasti. Päällysrakenteita suunniteltaessa tulee kuitenkin ymmärtää liikenneväylärakenteen toiminnan perusteet. Lisäksi rakenteen tulee täyttää rakenteelle asetetut toimivuusvaatimukset (InfraRYL) sekä kantavuudelle ja routimattomuudelle asetetut tavoitteet. Seuraavissa kappaleissa on esitetty joitain tyypillisiä, normaalirakenteesta poikkeavia rakenteita.
Louherakenne
Louherakenteessa on tukikerros tehty louheesta. Louhetta käytetään tämän lisäksi hyvin usein pengertäytemateriaalina.
Louherakennetta suunniteltaessa tulee ottaa huomioon mm. seuraavat seikat:
- Louheen suurin lohkarekoko saa olla enintään 2/3 rakennettavan kerroksen paksuudesta
- Louheen yläpinta on aina kiilattava hienommalla louheella tai murskeella, jotta kantavan kerroksen materiaali ei pääse varisemaan louhekerrokseen
- Louherakenteen päällä olevan sitomattoman kerroksen paksuus on vähintään 0,25 kertaa louheen suurin lohkarekoko.
Stabiloitu kantava kerros
Rakenteen kantavuutta voidaan tehokkaasti parantaa stabiloimalla kantava kerros sementillä, masuunikuonalla, bitumilla (bitumiemulsio-, vaahtobitumi- tai remix-stabilointi), uusiomateriaalisideaineella tai sideaineiden yhdistelmällä. Stabilointi voidaan yleensä tehdä asemasekoitteisena tai paikalla sekoittaen. Hydraulisilla sideaineilla tehty kantavan kerroksen stabilointi soveltuu hyvin estämään esimerkiksi rakenteen muodonmuutoksia pysäköinti- ja varastoalueilla tai linja-autopysäkeillä.
Hydraulisella sideaineella stabiloitua kerrosta ei tule suunnitella 0,15 m ohuemmaksi. Lisäksi stabiloidun kantavan kerroksen yläpuolelle on suositeltavaa suunnitella tarpeeksi tiivis ja joustava päällystekerros (Tierakenteen suunnittelu).
Kevennetty/eristetty katurakenne
Pohjamaahan katurakenteesta aiheutuvan kuorman pienentämiseksi voidaan katurakenteessa käyttää kevennysmateriaaleja. Kevennysmateriaalien hyvät routaeristysominaisuudet mahdollistaisivat usein samalla routamitoituksen kannalta tavanomaista ohuemman päällysrakenteen. Katurakenteissa yleisesti käytettyjä kevennysmateriaaleja ovat vaahtolasimurske ja kevytsora.
Betonoimalla kevytsora (kevytsorabetoni) saadaan materiaali, jolla edellä mainittujen ominaisuuksien lisäksi enemmän kantavuutta lisäävä materiaali.
Suunnitteluohjeet
Kadun päällysrakenteen suunnittelussa noudatetaan mm. seuraavia ohjeita ja normeja:
- Infrarakentamisen yleiset laatuvaatimukset. InfraRYL Rakennustieto Oy.
- Tierakenteen suunnittelu. Liikenneviraston ohjeita 38/2018.
- Asfalttinormit 2017, korjauksineen. Päällystealan neuvottelukunta, PANK Ry
- Kevennysrakenteiden suunnittelu. Liikenneviraston ohjeita 5/2011
- Pihojen pohja- ja päällysrakenteet, Suunnittelu- ja rakentamisohjeet. RIL 234-2007.
- Katujen ja pihojen routasuojaus. Suomen kuntaliitto, Ympäristöministeriö, VTT Yhdyskuntatekniikka. 2001.
- Pohjaveden suojelu maanteillä. Väyläviraston ohjeita xx/20xx.
- Routasuojaus – rakennukset ja infrarakenteet. RIL 261-2013.
- Materiaalitoimittajien ohjeet.
Kirjoittanut Janne Sikiö
Syyskuu 2020
