Betonimurskeen geotekninen soveltuvuus meritäyttömateriaaliksi
Anttila, Sanna (2020)
2020
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202002122333
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202002122333
Tiivistelmä
Betonijätettä hyödynnetään betonimurskeeksi murskattuna muun muassa katujen ja teiden rakennekerroksissa. Helsingin alueella syntyy vuosittain merkittävä määrä betonijätettä, josta kaikkea ei tällä hetkellä hyödynnetä pääkaupunkiseudun infrarakentamishankkeissa, vaan osa kuljetetaan pääkaupunkiseudun ulkopuolella sijaitseviin hyötykäyttökohteisiin. Helsingissä on tehty ja tehdään lähivuosina laajoilla alueilla meritäyttöjä, joissa käytetään tyypillisesti täyttömateriaalina kalliolouhetta. Louhe on peräisin Helsingissä sijaitsevista tunnelinlouhintakohteista (jos kohteita on käynnissä) tai kaupungin ulkopuolella sijaitsevista louhintakohteista. Betonimurskeen hyödyntäminen meritäyttömateriaalina vähentäisi betonijätteen kuljetusta pois pääkaupunkiseudulta ja vähentäisi vastaavasti muuhun käyttöön soveltuvan louheen kuljetusta meritäyttöihin. Tämä edistäisi jätteiden hyötykäyttöä, alentaisi täyttöjen rakentamiskustannuksia, vähentäisi raskasta liikennettä ja hiilidioksidipäästöjä.
Betonimursketta on aiemmin käytetty Helsingissä kertaluontoisesti meritäyttömateriaalina puistoalueilla, mutta sen käyttöä syvätiivistettynä katujen tai muun infran alapuolisena meritäyttönä ei ole aiemmin Suomessa kokeiltu. Helsingin kaupunki selvitti betonimurskeen soveltuvuutta meritäyttömateriaaliksi täysmittakaavaisella pudotustiivistyskokeella vuosina 2018-2019. Tavoitteena oli selvittää, miten betonimurske on pudotustiivistettävissä meritäytössä, miten tiivistetyt kerrokset kokoonpuristuvat tiivistyksen jälkeen esikuormituspenkereen alla ja millaiset materiaalin ympäristövaikutukset meritäyttönä ovat. Koerakenne toteutettiin Helsingin kaupungin ympäristökeskuksen ympäristöluvalla. Tässä työssä ei käsitellä täytön ympäristövaikutuksia.
Koerakenne toteutettiin Helsingin Jätkäsaaren eteläosassa sijaitsevaan Tritoninpuistoon, joka on 2010-luvulla rakennettua meritäyttöaluetta. Koerakenne toteutettiin kaivamalla olemassa olevaan louhetäyttöön 5 m syvä kaivanto, johon sijoitettiin kolmea raekooltaan erilaista betonimursketta ja pienlouhetta, joka toimi verrokkimateriaalina. Koerakenne sijoittui pääosin merivedenpinnan alapuolelle. Koerakenteeseen sijoitetut täytöt tiivistettiin pudotustiivistämällä. Täyttöjen tiivistyvyyttä selvitettiin mittaamalla pudotusjärkäleen aiheuttamia painumia ja järkäleen hidastuvuutta. Koerakenteen asennetuista painumalevyistä mitattiin täytön pudotustiivistyksen aikaista ja pitkäaikaista painumaa, joka on merkittävin ominaisuus kadun tai muun lähes painumattomaksi suunniteltavan rakenteen toimivuuden kannalta. Myös materiaalin lujittumista sekä pudotustiivistyksen vaikutusta materiaalin tilavuuspainoon ja raekokoon selvitettiin täyttömateriaaleista otettuja näytteitä analysoimalla.
Kaikkien täyttömateriaalien tiivistäminen onnistui eikä betonimursketäyttöjen tiivistettävyydessä havaittu merkittäviä eroja louhetäyttöön verrattuna. Pudotustiivistystä voidaan näin ollen pitää betonimurskeesta toteutetun meritäytön tiivistämiseen soveltuvana menetelmänä. Täyttöjen pitkäaikaispainumat olivat vähäisiä esikuormituspenkereen rakentamisen jälkeen. Tiivistyskokeen perusteella betonimursketta voidaan pitää geoteknisten ominaisuuksien puolesta meritäyttöihin soveltuvana materiaalina katu- ja puistoalueilla. Concrete waste in form of crushed concrete can be utilized in street and road structures. Today significant amount of concrete waste generated by various demolition and other activities is not fully utilized in infrastructure projects in Helsinki area. Part of concrete waste shall be transported to other sites outside Helsinki metropolitan area. In Helsinki large-scale land reclamation projects have been implemented and the same trend seems to continue in the near future. Typical material used in land reclamation projects is blasted rock from tunnel quarrying projects in Helsinki metropolitan area or from outside Helsinki area if there are no ongoing tunnel projects in Helsinki. Utilization of concrete waste as fill material in land reclamation projects will reduce the transportation of concrete waste from Helsinki metropolitan area and accordingly the transportation of blasted rock to the land reclamation sites. It will promote reuse and recycling of waste and reduce heavy traffic and CO2 emissions.
Crushed concrete was previously applied as a land reclamation material in some park projects in Helsinki. However, it has not been tested earlier in Finland as a fill material layer that is placed into the sea and compacted using deep compaction technique. In 2018-2019 the City of Helsinki tested crushed concrete suitability for land reclamation material purposes in a full-scale dynamic compaction test. The objective of the test was to clarify the compaction rate of the material produced by dynamic compaction, compression rate of compacted layers under pre-loading embankment and environmental impacts of the fill material. The latter is not discussed in this thesis.
The pilot structure was implemented in Tritoninpuisto (Triton Park) located in the southern part of Jätkäsaari area reclaimed from the sea in 2010. First an excavation was made in the existing blasted rock fill. The excavation was divided in four zones. Crushed concrete with different grain sizes was placed in three zones. The fourth zone was filled with crushed rock material and used as a reference. Backfill was located mostly under the ground water level. Fill was compacted using dynamic compaction method. Settlement plates on top and bottom of the pilot structure were used to monitor short-term (during dynamic compaction) and long-term settlements which is the most important property of the structure. Compression of the structure was determined by measuring deceleration of the weight at the moment of impact and the settlement caused by the weight.
Samples of compacted crushed concrete were studied in the laboratory for hardening, grain size and unit weight. All materials compacted well. Moreover, no significant differences were observed in various fill materials performance during compaction. Based on the test dynamic compaction can be applied for crushed concrete compaction in land reclamation. Long-term settlements were small after building pre-loading embankment. Based on the test crushed concrete is suitable material for land reclamation material in street and park areas.
Betonimursketta on aiemmin käytetty Helsingissä kertaluontoisesti meritäyttömateriaalina puistoalueilla, mutta sen käyttöä syvätiivistettynä katujen tai muun infran alapuolisena meritäyttönä ei ole aiemmin Suomessa kokeiltu. Helsingin kaupunki selvitti betonimurskeen soveltuvuutta meritäyttömateriaaliksi täysmittakaavaisella pudotustiivistyskokeella vuosina 2018-2019. Tavoitteena oli selvittää, miten betonimurske on pudotustiivistettävissä meritäytössä, miten tiivistetyt kerrokset kokoonpuristuvat tiivistyksen jälkeen esikuormituspenkereen alla ja millaiset materiaalin ympäristövaikutukset meritäyttönä ovat. Koerakenne toteutettiin Helsingin kaupungin ympäristökeskuksen ympäristöluvalla. Tässä työssä ei käsitellä täytön ympäristövaikutuksia.
Koerakenne toteutettiin Helsingin Jätkäsaaren eteläosassa sijaitsevaan Tritoninpuistoon, joka on 2010-luvulla rakennettua meritäyttöaluetta. Koerakenne toteutettiin kaivamalla olemassa olevaan louhetäyttöön 5 m syvä kaivanto, johon sijoitettiin kolmea raekooltaan erilaista betonimursketta ja pienlouhetta, joka toimi verrokkimateriaalina. Koerakenne sijoittui pääosin merivedenpinnan alapuolelle. Koerakenteeseen sijoitetut täytöt tiivistettiin pudotustiivistämällä. Täyttöjen tiivistyvyyttä selvitettiin mittaamalla pudotusjärkäleen aiheuttamia painumia ja järkäleen hidastuvuutta. Koerakenteen asennetuista painumalevyistä mitattiin täytön pudotustiivistyksen aikaista ja pitkäaikaista painumaa, joka on merkittävin ominaisuus kadun tai muun lähes painumattomaksi suunniteltavan rakenteen toimivuuden kannalta. Myös materiaalin lujittumista sekä pudotustiivistyksen vaikutusta materiaalin tilavuuspainoon ja raekokoon selvitettiin täyttömateriaaleista otettuja näytteitä analysoimalla.
Kaikkien täyttömateriaalien tiivistäminen onnistui eikä betonimursketäyttöjen tiivistettävyydessä havaittu merkittäviä eroja louhetäyttöön verrattuna. Pudotustiivistystä voidaan näin ollen pitää betonimurskeesta toteutetun meritäytön tiivistämiseen soveltuvana menetelmänä. Täyttöjen pitkäaikaispainumat olivat vähäisiä esikuormituspenkereen rakentamisen jälkeen. Tiivistyskokeen perusteella betonimursketta voidaan pitää geoteknisten ominaisuuksien puolesta meritäyttöihin soveltuvana materiaalina katu- ja puistoalueilla.
Crushed concrete was previously applied as a land reclamation material in some park projects in Helsinki. However, it has not been tested earlier in Finland as a fill material layer that is placed into the sea and compacted using deep compaction technique. In 2018-2019 the City of Helsinki tested crushed concrete suitability for land reclamation material purposes in a full-scale dynamic compaction test. The objective of the test was to clarify the compaction rate of the material produced by dynamic compaction, compression rate of compacted layers under pre-loading embankment and environmental impacts of the fill material. The latter is not discussed in this thesis.
The pilot structure was implemented in Tritoninpuisto (Triton Park) located in the southern part of Jätkäsaari area reclaimed from the sea in 2010. First an excavation was made in the existing blasted rock fill. The excavation was divided in four zones. Crushed concrete with different grain sizes was placed in three zones. The fourth zone was filled with crushed rock material and used as a reference. Backfill was located mostly under the ground water level. Fill was compacted using dynamic compaction method. Settlement plates on top and bottom of the pilot structure were used to monitor short-term (during dynamic compaction) and long-term settlements which is the most important property of the structure. Compression of the structure was determined by measuring deceleration of the weight at the moment of impact and the settlement caused by the weight.
Samples of compacted crushed concrete were studied in the laboratory for hardening, grain size and unit weight. All materials compacted well. Moreover, no significant differences were observed in various fill materials performance during compaction. Based on the test dynamic compaction can be applied for crushed concrete compaction in land reclamation. Long-term settlements were small after building pre-loading embankment. Based on the test crushed concrete is suitable material for land reclamation material in street and park areas.