Go to Top

Dynatest

LWD – kandevõime mõõtmised

Kandevõime mõõtmise võimalused

Kandevõimet on võimalik mõõta erinevate seadmetega:

  • PLT – staatiline plaatkoormuskatse – vastavalt standardile kasutatakse kolme erinevat plaadi diameetrit (300, 600 ja 762 mm), igal erineval plaadil on erinev koormus (3,5 kuni 9,1 tonni). Täna kasutatakse üldjuhul vaid 300 mm plaati 3,5 tonnise max koormusega millega on max pinge talla all 500 kPa. See peaks vastama ainult killustikaluse olukorrale (ehk, vahetult asfaldi all oleval kihil) sest elastsusmoodul leitakse pinge/deformatsiooni suhtega 0,3-0,7 max deformatsiooni vahemikust.  Ühe mõõtmise ajakulu sõltuvalt kasutatavast tehnoloogiast 20…90 minutit ja vajalik ehitustehnika või raskeveok vasturaskuseks. Maanteeameti reglemendi järgi kasutatakse killustikaluse kvaliteedikontrolliks, mõõtetihedus 4 punkti kilomeetrile (selgub, et need neli punkti ei peagi olema ühtlaselt jaotatud, võivad paikneda ka lähestikku). Standardiseeritud, reglement tugineb Saksa normidel (DIN 18134), Eesti standard EVS 934:2016 on sellest tõlgitud. Eestis olemas mitmel firmal, muuhulgas Teede Tehnokeskus, Roadservice ja mitmed teedeehitusfirmad (järjest enam firmasid ka selle plaatkoormuskatse seadme on hankinud – kuid sellega tuleb ka osata töötada, eriti vanemate mudelite juures on kasutaja eksimise võimalus suurem). Oluline on siiski lisada, et liival ja aluspinnasel tuleks kasutada suuremaid plaate kui see baaskonfi 300 mm – või siis piirata maksimaalset koormust ja kasutada poole madalamat pinget (nii Vene kui Itaalia praktika). Standardis on 600 mm ja 762 mm (see viimane just aluspinnase jaoks), kuid nendel on vaja ka suuremat koormust kui 300 mm talla 35 kN (ehk 3,5 tonni). 600-sel tallal 71 kN ja 762 tallal 91 kN. Seega, kui mõõta on tarvis nõrgemal pinnal kui seda on killustikalus, tuleks kasutada suuremat talda. Selle on välja jaganud ka venelased, 2018 reglemendi järgi tuleks liival ja muldkehal kasutada poole väiksemat koormust. Ka Itaalia on otsustanud piirata koormust ja mõõdab aluspinnasel või muldkehal 100 kPa juures, aluse alakihil 200 kPa ja ülakihil 300 kPa juures sama 300 mm plaadiga. Plaatkoormuskatse suurim miinus on ajakulu. Soome leidurid on kombineerinud seadme veoauto külge ja registreerivad deformatsiooni ulatuse otse, elektriliselt/digitaalselt ning sel teel on saadud protsess oluliselt kiiremaks – kuid see ei ole enam täpses vastavuses standardiga, lisaks ei pruugi selline veok ka igale mõõdetavale pinnale pääseda. Sarnane protsess on toimunud ka siinmail, kus fikseeritakse lugemid teatud ajavahega ootamata vajumi stabiliseerumist ning sel teel on saadud ühe katse tööajaks ca 20 minutit – tõsi, sellele lisandub aeg süsteemi paigalduseks. Saksa normide järgi peaks mõõtma ühe punkti 6000 ruutmeetri kohta.
  • FWD – falling weight deflectometer – üldjuhul kasutatakse ainult katte peal kandevõime mõõtmiseks, langev raskus 50 kg suurusjärgus, koormus kattele ca 700 kPa (lähedane veoki ratta koormusele), koormusplaat 300 mm, 7…9 andurit, järelveetav seade. Eestis olemas Teede Tehnokeskusel (Dynatest), vajadusel kasutatakse ka Soome seadmeid (KUAB). Töö on kiire, kuid seade on kallis ja mõõtmiseks on vaja sõidukiga mõõdetaval pinnal liikuda (mis piirab seadme kasutusvõimalusi konstruktsiooni alakihtide ehituse kvaliteedikontrolliks), lisaks järelhaagis piirab mõnevõrra ka manööverdamist. Samasse seeriasse võiks lugeda ka Heavy Loadman seadme, mida saab paigaldada ka sõidukisse sisse ja mis toimetab reeglina ilma lisa-anduriteta (annab kenasti kandevõime väärtuse kuid ilma FWD-indeksiteta mis võimaldaks hinnata erinevate kihtide olukorda). USAs suudetakse ka Dynatesti FWD kaubikusse sisse ehitada.
  • LWD – lightweight deflectometer – koormus reeglina 10 kg, seade kergelt teisaldatav, põhimõtted on lähedased FWD seadmele. LWD seade on ette nähtud valdavalt sidumata kihtide kandevõime mõõtmiseks, kuid seadme võimalused sellega ei piirdu. Tõsi, tugevamate katendite konstruktsiooni pealt mõõtmise puhul saame rääkida vaid suhtelisest mõõtmisest, võrreldes sama objekti erinevaid mõõtepunkte.

LWD – Light Weight Deflectometer

Seadmegruppi võib kirjeldada koosnevana kolmest põhigrupist.

  • Inspector ja Loadman – suletud korpusega fikseeritud koormusega (10 kg), fikseeritud langemiskõrgusega seadmed, mis on algselt mõeldud tihenduskvaliteedi hindamiseks, kuid võimaldavad seejuures ka mõõta/arvutada kontrollitava pinna kandevõimet. Koormus edastatakse mõõdetavale pinnale läbi vahetatava plaadi (reeglina on komplektis üks lisaplaat, sisuliselt pinnase ehk liiva mõõtmiseks, killustikalusel kasutatakse seadet ilma lisaplaadita). Seadme omapäraks on fikseeritud koormustasand ja probleemiks korduskoormamisel seadme täpselt samasse punkti asetamine. Maanteeameti (MKM määrus 101) reglement katab seadme kasutuse uusehitistel kvaliteedikontrolliks muldkeha ja aluse ehitusel. Eestis ca 400 seadet, Inspectori tootja Englo rendib ka seadet välja. Probleem nende riistadega on liiga suur pinge (koormus) plaadi all – väiksema tallaga ca 1,5 MPa ja suuremaga ca 600 kPa – see tähendab, et mõõdame kandevõimet normaalolukorrast ca 5 korda suurema pingega. Siit tulenevalt, tihendame seadmega pinnase/materjali korralikult üle ja leiame selle kandevõime ületihendatud kujul – see tulemus kehtibki ainult vahetult plaadi all ja ainult selle kõrge pinge juures. Tõsi, tegeliku tihendamise kvaliteedi kohta saame küll üsna hea hinnangu. Võrreldes aga Inspectori ja Loadmani tulemeid, peab tunnistama et Loadmani suhtarv Emax/E1 on õigem kuna Inspectori E678/E2 jätab esimese löögi mängust välja. Arvestades asjaolu, et ka Inspector paigaldatakse esimeseks löögiks ikkagi tihkelt mõõdetavale pinnale ja veidi ka keeratakse on sisuliselt esimese löögi sängituslöögina väljaarvamine põhjendamatu (seda vähemalt Loadmani konstruktori, Anti Lampineni, hinnangul).
  • Saksa dünaamilise plaatkoormuse seadmed (GDP – german dynamic plate) – Zorn, Terratest varasemad mudelid 3000…6000, HMP ja nende kloonid – üldjuhul fikseeritud koormusega (10 kg), fikseeritud langemiskõrgusega fikseeritud plaadiga seadmed, mis tehases kalibreeritakse ühele konkreetsele koormusele (7 kN koormus ja 100 kPa plaadi all). Sobilik nii tihendusteguri kui kandevõime hindamiseks sidumata kihtidel (Zorn: std 10 kg koormusega mõõteulatus 15…70 MN/m2 või 15 kg koormusega kuni 105 MN/m2). Pluss – et koormusplaat on paigal, tõstetakse vaid raskust. Miinus – et kandevõimet kontrollitakse vaid ühel pingel, mis on lähedane liiva peal esinevale koormusele. Teadaolevalt Eestis GDP seadmeid praegu ei ole (erinevaid seadmeid on katsetatud nii TTÜ kui TKTK poolt).
  • Taani seadmed Sweco Prima 100 (algselt Keros, edasi Phønix, Grontmij, Carl Bro ja nüüd SWECO) ja Dynatest LWD  – muudetava koormusega (5, 10, 15, 20 kg), muudetava kõrgusega, vahetatava tallaga (100, 150, 200, 300 mm diameetriga) ja võimalike lisa-anduritega seade, mis on mõeldud otseselt kandevõime mõõtmiseks. Ei tea seda ajalugu väga täpselt kuid kirjanduse järgi toodeti Keros seadet ka Dynatesti poolt, Prima 100 tundub üsna täpselt algse Kerose koopiana (sama tüüpi puhvrikonstruktsioon), LWD 3031 on siiski oluline edasiarendus. Dynatesti funktsionaalset koopiat toodetakse ka Saksamaal – Terratest 9000 LWD, mis erineb vaid disainilt (veidi paremini on lahendatud juhtseadme hoidmine LWD seadme küljes, varda otsas). Sobib kasutamiseks nii aluspinnasel, sidumata kihtidel aga ka nõrgematel seotud katendikihtidega konstruktsioonidel. Eestis sai 2017 kevadel ostetud Dynatest LWD 3031 – T-Konsult OÜ, 2018 hankis sellise ka Geotech Consulting (Sven Sillamäe, konfiguratsioon on ilma lisa-anduriteta). Samatüübiline seade on ka Läti Maanteeametil. Need seadmed ei ole tihendusteguri mõõtmiseks – selleks sobib paremini Inspector. Tänaseks on mõlemad seadmed uuendatud versioonile LWD 3032, uue versiooni mehhaanika on sama kuid elektroonika ja tarkvaraosa uus. Kasutusmugavus ja võimalused on arenenud, lisandunud ka Proctor-vormis kandevõime mõõtmine. Aprillikuust on T-Konsultil ka teine LWD seade – seega Eestis kolm.

Taani koolkonna seadmete eripära

Seade võimaldab mõõtmisel kasutada erinevaid pingeid, seeläbi kontrollida konstruktsiooni just sellel pingerežiimil mis on konkreetse mõõdetava pinna jaoks iseloomulik töörežiim:

  • Aluspinnased – 10…100 kPa (Soome juhis: 40 kPa; Itaalia standard – 100 kPa)
  • Muldkeha ülakiht, liivakiht – 100…200 kPa (Soome juhis: 70 kPa; Itaalia standard 100 kPa)
  • Sidumata alus – 200…300 kPa (Soome juhis: 160 kPa; Itaalia standard – aluse alakiht ehk vundament 200 kPa, aluse ülakiht 300 kPa)

Püsi- ja siirdekatendil (esineb seotud kiht) katte pinnal teostatavatel mõõtmistel võiks kasutatav pingerežiim olla vastavuses tegeliku koormuse põhjustatavaga. Näiteks, sõiduauto koormus võib ulatuda 200 kPa tasemele, veoauto koormus on aga vahemikus 600…900 kPa. Lihtsustatult võetakse koormusest tuleneva pinge väärtus võrdseks sõiduki rehvisurvega. Dynatesti puhul on reaalselt kasutatav pingediapasoon 0…1500 kPa, viimasel juhul tuleb rakendada 20 kg koormust 100 mm diameetriga tallale. 20 kg koormuse kasutamisel 150 mm tallaga saame ligilähedaselt raskeveoki mõjuga võrreldava koormuse (kuigi tegelikust väiksema talladiameetriga). Tulemus erineb siiski FWD seadme saadud kandevõime väärtusest seetõttu, et LWD mõju sügavus konstruktsioonis on erinevatel andmetel 1,5…4 talla diameetrit, FWD puhul kuni 120 cm. Pingerežiimi erisus on ka üheks põhjuseks, miks Inspector-seeria seadmete mõõtetulemused ei pruugi olla lähedased Taani seadmete tulemustega ega ka Saksa koolkonnaga. Samas on see ka põhjuseks, miks kasutada maksimaalset tallasuurust ka siis, kui tegemist on tugevamate konstruktsioonidega, sest andurite täpsus on väga suur (oluliselt suurem kui standardite alusel minimaalselt vajalik, võimaldab hästi korratavaid tulemusi ka väikeste deformatsioonide korral). Kirjanduse andmetel võiks jäigema (tugevama) mõõdetava konstruktsiooni määratluseks sobida deformatsiooni väärtus 35 mikronit millele vastab ligikaudu 800 MPa kandevõime. Reaalselt on sellise suure kandevõime tagamaa siiski veidi erinev – bituumeni ehk orgaanilise sideainega kihtidel mõjub temperatuur palju, hüdraulilise sideaine korral jaguneb koormus oluliselt suuremale pinnale ja väiksema plaadi diameetri kasutamine valemites pole enam korrektne.

Erineva pingerežiimi kasutusvõimalus toob välja erinevate aluspinnaste omadused – granulaarsel materjalil (kruus, killustik) elastsusmoodul (kandevõime) pinge suurendades tõuseb (mitmekordselt), savikatel pinnastel esineb nõrgem ala – madala koormusega on kandevõime üsna hea, koormuse tõstmisega langeb. Liivadel on see suhteliselt stabiilne, sõltudes pigem niiskusest.

Saksa normide järgi tuleks LWD seadmetega mõõta 600 ruutmeetri kohta punkt ning selleks kasutada madala pinge režiimi (70…100 kPa). See režiim vastab pigem muldkeha (või liivakihi) tasemele – nii raudteel kui maanteel. Vene normid on koostatud üsna saksa normide järgi, kergseadmega mõõtes tuleb teha 50 m sammuga igas ristlõikes kolm mõõtmist (teljel ja ca meeter katte servast kummalgi pool).

Dynatest LWD eelis võrreldes SWECO Prima 100 seadmega on võimalus seadet kohalt tõstmata vahetada talda, mõõtes esmalt 300 mm tallaga ja seejärel 150 mm tallaga sama raskusega kuid neli korda suurema pingega. See Dual Plate System võimaldab koormust pinnaühiku kohta astmeliselt muuta, lisaks koormuse langemiskõrguse varieerimisele (analoogiline funktsioon Terratest 9000 seadmel kannab nime Duo-switch). Kaudselt saab sel teel ka tihendusteguri leida – selleks tehakse esimene mõõteseeria suure tallaga, tulemus (viimase kolme löögi keskmine) on Ev1. Seejärel lülitakse väiksemale tallale ja tehakse mõõteseeria millega materjal tegelikult tihendatakse, siis uuesti suurele tallale ja kolmas seeria, millest viimase kolme löögi keskmisena saame Ev2 väärtuse. Saadav suhtarv Ev2/Ev1 iseloomustab tihendamise kvaliteeti, kuigi tuleks veel täpsustada, kuivõrd täpselt see suhtarv tegeliku plaatkoormuskatse tulemustega kokku läheb. Usun et siiski sobib tihenduse hindamiseks (kuid mitte läbi saavutatud megapaskalite arvu vaid ainult suhtarvuga) Inspector paremini. Kõige parem on plaatkoormuskatse kuigi aeganõudev.

Taani lahenduse (nii Dynatest kui Prima) omapära ongi pinge varieerimise suur diapasoon. See võimaldab paremini mõista mõõdetava konstruktsiooni või pinnase omadusi. Suure koormuse kasutamine (20 kg 100 mm tallale) võimaldab mõõta ka õhemaid asfaltkatteid, mida saksa koolkonna seadmed ega ka Inspector/Loadman ei suuda.

Mõõtmistulemuse adekvaatsus

Mõõtmistulemuse adekvaatsus sõltub üheselt valitud koormusrežiimi vastavusest mõõdetava pinna kandevõimega – oluline on, et koormuse tulemusel tekitatud läbivajumine (vajum, deflection) jääks seadmele optimaalsesse vahemikku. Mida suurem on kandevõime, seda väiksem on vajum ehk teisiti, vajaliku vajumi saavutamiseks tuleb rakendada suuremat koormust või edastada koormus mõõdetavale pinnale väiksema plaadi kaudu. Kuigi näiteks Inspectori tootja kinnitab, et mõõdetav kandevõime võib ulatuda 900 MPa tasemeni, on Inspectori kasutamisel seotud kihtidel vajum sedavõrd väike, et vajumist arvutatud kandevõime väärtus on väga ebatäpne. Dynatesti puhul peaks vajumi suurus olema vähemalt 0,1 millimeetrit (100 mikronit), et sellest tulenevaid järeldusi võiks võtta adekvaatsena (kuigi oleme leidnud viiteid, et võiks kasutada vähemalt 35 mikroni taseme korral). Anduri tööulatus on 0…2200 mikronit, kuid tootja poolt soovitav tööpiirkond 300…1500 mikronit. Mõõtmisi, mis toimuvad sellest piirkonnast väljuva vajumiga, saab võtta indikatiivsena. Need tulemused sobivad hinnanguteks suhtelises, mitte absoluutses skaalas. Näiteks, hinnates kas üks või teine koht on suurema kandevõimega, või ka defektsuse ulatuse hindamiseks.

Asfaldi puhul mängib palju temperatuur – temperatuuri tõustes asfaldi elastsusmoodul kahaneb kiiresti. Sidumata kihtide puhul on mõjufaktoriks niiskus, mis mõjutab mõõtetulemusi oluliselt. Üldjuhul tulekski mõõtmised teostada konstruktsiooni kõige ebasoodsamates tingimustes. Näiteks, mõõtes õhukest konstruktsiooni savipinnasel kuival ajal võime saada väga head tulemused, samas punktis liigniiskel perioodil aga mitterahuldava kandevõime. Siit tulenevalt peaks ka lubatud koormust reguleerima ajal, kui aluse kandevõime on puudulik. Miks ka mitte, asfaltkattel kui kate on liiga kuum.

Üldreeglina võib väita, et kui mõõtmistulemused on soovitust madalamad, on tegemist probleemiga. Samas, see kui tulemused vastavad soovitule, võib konkreetsel juhtumil tuleneda ka soodsast veerežiimist mõõtmishetkel ehk sellele eelnenud perioodil. Seetõttu tuleks juhul, kui eeldada võib niiskusega seonduvaid probleeme, võimalusel mõõtmisteks valida ebasoodsam aeg, kus veetase on tavapärasest kõrgem.

Korrektsuse huvides tuleb siiski öelda, et mitmekihilise konstruktsiooni mõõtmisel iseloomustab seadme tulemus ainult ülemist piirkonda kahekordse talladiameetri ulatuses. Seega, kasutagem maksimaalselt suurt talda.

NB! Tallinna linn on tunnustanud Dynatest LWD seadmega teostatavad mõõtmised aktsepteeritavaks plaatkoormuskatse asendajaks. Uus tüüpkatendite juhend näeb selle seadme kasutust võrdväärsena plaatkoormuskatsega.

Oluline märkus üldiselt mõõtmistele – igal materjalil on elastsusmoodul mis küll sõltub pingest, samuti on igal konstruktsioonikihil kandevõime mis sõltub lisaks konkreetsetest kihtidest. Kogu keskkond ei ole homogeenne, seetõttu on põhimõte, et mõõdetava tulemuse libisev keskmine peaks olema vähemalt 80% arvutuslikust ning ükski tulemus ei tohiks olla alla 50% arvutuslikust. See põhimõte tuleneb Inglise (Ühendkuningriigi) normidest. Püüame seda ka siin rakendada.

Dynatest LWD saab kasutada ka MKM määruse 101 järgselt Inspector/Loadman seadmete asemel, kasutades üleminekutegurit 1,3 (Dynatesti näit tuleb korrutada selle teguriga). Liival mõõtmiseks tuleb kasutada 300 mm plaati 100 kPa režiimis, killustikul 150 mm plaati 300 kPa režiimis. Kahtlemata on võimalik mõõta ka Inspectori-režiimis, mis tähendaks liival ca 500-600 kPa 150 mm tallaga ja killustikul 1,4-1,6 MPa 100 mm tallaga 20 kg koormusega.

Senistest tulemustest

Esimene seade on hangitud 2017 kevadel, seetõttu on tegemist pigem seadme tundmaõppimise ja võrdluskatsetega. Teine lisandus 2019 kevadel.

Tulemusi on võrreldud teiste seadmetega –  Inspectoriga on võimalik mõõta samas pingerežiimis, mis eeldab 20 kg koormuse kasutust kuna Inspectori kummipuhver on jäigem. Mõistliku pingerežiimi korral (antud kihis tegelikult esineval pingel) tuleb kasutada üleminekutegurit 1,3. Plaatkoormuskatsega võrdluses tuleb kasutada Tallinna tüüpkatendite juhendis (2019) toodud üleminekutabelit.

Lisaks tavapärasele ehitusprotsessi käigus mõõdetavale avanevad uued võimalused:

  1. Olemasoleva tee kandevõime hindamine tee remondi/rekonstrueerimise projekteerimisel. Võimalik siis, kui asfaltkatte paksus ei ületa 12 cm (kuni kahekihiline asfaltkate), paksema asfaldi puhul jääb deformatsioon liialt väikeseks ja mõõtmistulemused ebatäpseks. Kuna mõõtmine on kiire, siis on lihtne määratleda sarnase kandevõimega alasid, mis aitab projekteerijal valida remondi ehk rekonstrueerimise meetmeid ning määratleda konkreetse meetme rakendamise piirkond (Ida-Viru näide).
  2. Vundamendisüvendi ja vundamendi killustikaluse kandevõime mõõtmine (nõuded on MaaRYL juhises sätestatud plaatkoormuskatsele, üleminekutabelite järgi saab Dynatesti seadmega mõõdetu taandada plaatkoormuskatse skaalasse või ka Inspectoriga võrreldavaks).
  3. Defektide ulatuse hindamine – näiteks, kui tegemist on kaevetöödega seotud defektidega (taastäite ebapiisav tihendamine, ebasobiva materjali kasutus) aga ka aluspinnase või materjali uhtumise järel kahjustuse ulatuse määratlemine (Tallinnas suure hoone parkla ehitus; hoone betoonpõranda aluse valamiseelne kontroll; veeavarii järgne uhtumise eeldatava ulatuse kontroll etc)
  4. Olemasoleva tee kandevõime hindamine koormusrežiimi otsustamiseks (eriveosed; erateede kasutusreeglid; ajutine koormuspiirang teedelagunemise perioodiks)
  5. Ehituse algfaasis aluspinnase kandevõime hindamine – pärast kasvupinnase koorimist et hinnata, kas aluspinnase kandevõime on piisav, et projektse lahendusega nõutav tulemus saada või tuleb konstruktsiooni tugevdada.
  6. Kaevetööde järel taastatu kvaliteedi hindamine – tihtipeale on küll taastuse konstruktsioon ja ka kandevõime piisav, kuid kuna taastäite ajal ei ole laiendatud kaevise ala, et tihendada korraga nii uus taastäite materjal kui ka vana kaevise serv mis on kaevetööde tõttu nõrgenenud, oleme täheldanud, et korras on nii uus kui vana, kuid nende üleminekuala on üllatavalt nõrk.

Suudame pakkuda kompleksteenust, mis haarab lisaks LWD kandevõimemõõtmisele materjali niiskuse mõõtmise ja Proctor-katse välitingimustes, loomulikult ka kalde ja tasasuse mõõtmise mõõtelatiga.

Foto: T-Konsult OÜ Pärnu maantee kandevõimet analüüsimas, 09.04.2018. 20 kg koormus 10 cm diameetriga tallaga tekitab deformatsiooni 50…90 mikronit, kuid nendes piires allub see loogikale ja kirjeldab siiski ka olukorda asfaldikihtide all. Mõõtmistulemused andsid aluse veerežiimi korrigeerimise plaanidele – kõrge veetasemega aladel oli selgelt tuvastatav madalam kandevõime.

dscn8349