Normitehniline vastuolu

MKM määrus 2 (2020), Tee ehitusprojektile esitatavad nõuded, sätestab vajalikuna viite katendi tugevusarvutusele või valitud tüüpkatendile (ei ole otsest viidet kandevõimele). Muldkeha ja dreenkihi osas on sätestatud et projekt esitab nõuded tihendustegurile (mitte kandevõimele).

MKM määrus 106 (2015/2021) rääkis katendi vähimast nõutavast elastsusmoodulist ja muldkeha pinnaste tihendustegurist. MKM määruse 101 ainus viide kandevõimele seondub siirdekiilude vajaduse hindamisega. Tänaseks on m106 asendatud uuega, Kliimaministeeriumi m71 (2023).

Klim määrus 71 (2023), räägib eurostandarditest, stabiilsusest ja kandevõimest kuid vaid järgimise ja tagamise kontekstis, esitamata konkreetseid nõudeid. Paraku siit tuleneb ka esimene oluline vastuolu, kandevõime on defineeritud kui koormuspiirseisundiga seonduv konstruktsiooni elastsusmoodul, teedesektoris käsitletakse kandevõimena aga mitte piirseisundis kehtivat, vaid korduvkoormustega seonduvalt oluliselt madalamate koormustega seotud moodulit – miks see oluline, sest elastsusmoodul ei ole fikseeritud väärtus vaid sõltub mitmetest parameetritest, teralisel materjalil sealhulgas koormusest.

MKM määruses 101 (2015/2020) on §12 sõnastus:

(9) Aluse tihendamist kontrollitakse elastsusmooduli mõõtmise teel tihendatud kihi pinnal LOADMAN- või INSPECTOR-tüüpi seadmega vähemalt iga 100 meetri järel ristlõike kolmes punktis (tee teljel ja aluse servast 1,0 meetri kaugusel). Elastsusmoodul tihendatud aluse pinnal peab olema:
  1) sõiduteel ≥170 MPa; …

See nõue ei ole seotud projektis kasutatud konstruktsiooniga ja on sama nii I kui VI klassi teedele – juba põhimõtteliselt vale lähenemine. Samas, kuna tegemist on juriidiliselt ülemusliku väitega, on nimetatud nõudeid korratud alama taseme aktides ehk juhendites. Määruse teksti korrigeeritakse ja senine viide üleminekuteguri kohta teiste seadmete kasutamisel peaks asendatama väljendiga “teisendatakse võrreldavaks”.

TrAm juhendi KKEJ (killustikust katendikihid 2022) tabel 13 (informatiivne) kirjeldab, et kihi tihedust mõõdetakse … kihi elastsusmooduli mõõtmise teel Loadman või Inspector seadmega.

Juhise K:4.5.9:

Aluse tihendatust kontrollitakse vastavalt kvaliteedimääruses kirjeldatule. Sõidutee aluse või jalg- ja jalgrattatee (mida kasutatakse teenindava transpordi jaoks) aluse tihenduse vastavust nõuetele võib kontrollida ka plaatkoormuskatsega (EVS 934) ning sellisel juhul peab elastsusmoodul EV2 tihendatud kihi pinnal olema ≥ 150 MPa ning EV2/EV1 suhe peab olema ≤ 2,5.

Samas on TrAm – Muldkeha ehitusjuhises MDPERJ (2016/2020) kirjas:

4.18 Paigaldatud ja tihendatud täitepinnase ja täitematerjali kandevõime peab vastama katendiarvutustes toodud näitajatele. Kuna kandevõime määramine LOADMAN-või INSPECTORtüüpi seadmega ei ole mõeldud näitamaks katendiarvutustes toodud kandevõime väärtusi, siis tuleb vajadusel hinnata kandevõime vastavust katendiarvutusele plaatkoormus katsega DIN 18134.

Huvitav, kuidas KKEJ 4.5.9 viide 150 MPa tasemele haakub 4.18 viitega vastavusest katendiarvutusega, sest katendiarvutuse reeglites ei ole kuskil seda, et miski tase 150 peaks olema.

4.19 Muldkeha ja dreenkihi tihedust kontrollitakse LOADMAN-või INSPECTOR-tüüpi seadmega elastsusmoodulite suhte mõõtmise teel. Katendiarvutustes kasutatud elastsusmoodulite määramiseks ei sobi LOADMAN-või INSPECTOR-tüüpi seade ja sellega ei mõõdeta ei aluspinnase, mulde ega dreenkihi pinnal vastavat elastusmoodulit. Katendiarvutuses ettenähtud vastava kihi kandevõimet saab kontrollida plaatkoormuskatsega DIN 18134 ja see ei tohi olla väiksem katendiarvutuse projektis ettenähtud vastava kihi kandevõime nõutavast väärtusest.

Tundub, et MDPERJ 4.19 on vastuolus KKEJ 4.5.9-ga?

Nimetatud dokumendid kirjeldavad skisofreenilist olukorda, kus:

1. Kandevõime peab vastama katendiarvutuses toodud näitajatele (M:4.18), kuid
2. Loadman ja Inspector ei ole mõeldud näitamaks katendiarvutustes toodud kandevõime väärtusi (M:4.18) – seega, tuleks kandevõimet kontrollida millegi muuga. Mitte Inspectoriga.
3. Materjali tihedust kontrollitakse Inspector/Loadman elastsusmoodulite suhte mõõtmise teel (M:4.19), kuid M101 sätestab konkreetsed elastsusmooduli numbrid, mitte elastsusmoodulite suhte väärtust. Ei muldkeha ega killustikaluse juhend ei käsitle Inspector või Loadman seadmega elastsusmoodulite suhte mõõtmist ega ka suhtarvule esitatud väärtust. Ning tundub, et juristid ja menetlejad ei ole käinud füüsikatunnis, sest materjali tihedus on füüsikaline suurus, näiteks g/cm3 või tonni/m3 ja seda ei saa mingilgi moel kergseadmetega testida, ka puudub tihedusel füüsikaline seos elastsusmooduli või kandevõimega.
4. Elastsusmoodulite suhte väärtusi kirjeldab juhendi MA 2006-41 tabel 5, kuid TalTech (Aavik, Talviste) on saatnud Ametile kirja soovitusega viidatud tabel, kui väär, juhendist eemaldada, sest samas töös toodud detailsed mõõteandmed ei kinnita tabelis toodud järeldusi. Kavas on koostada uus juhend, 2023 alguses oli uus juhis lühiajaliselt ka avaldatud, kuid oluliste puuduste tõttu see kustutati TrAm kodulehelt. Eeldame, et 2024 jooksul valmib vastav teadustöö mis lubab uue juhendi kehtestada järgmiseks aastaks.
5. Loadmani tootja (AL Engineering OY) on kirjeldanud Loadman-seadme kasutusotstarbeks tihenduskontrolli, võrrelda tuleks seejuures arvutatud elastsusmooduli väärtusi ehk suhet Emax/E1 (mitte kolme viimase löögi järgi arvutatu suhet teise löögi tulemusest arvutatusse nagu kirjeldatakse Inspectori puhul). Nõutud suhtarvud Loadmani jaoks on fikseeritud juhises MaaRYL (ja ka varasemas InfraRYL redaktsioonis), kuid seda ainult madalamate kihtide kohta, mitte enam killustikalusele. Loadman-seadet aktsepteeritakse üldjuhul kihi homogeensuse hindamisel, mitte kandevõime mõõteseadmena. Seadme mõju ulatus on hinnanguliselt 1,5D ehk ei ületa 1,5*koormusplaadi diameetrit (20…35 cm).
6. Kandevõimet mõõdetakse plaatkoormuskatsega, kandevõime väärtus võrdlemiseks leitakse katendiarvutusest, kuid plaatkoormuskatsega kontrolliks antakse juhendis (K) ette fikseeritud väärtus (150 MPa), seda sõltumatult tee konstruktsioonist ja klassist. 2017 kontrollis Teede Tehnokeskus [1], kuivõrd vastavad reaalsed mõõtmistulemused juhendis antud väärtustele – vaid 17% mõõtetulemustest vastas nõutud väärtustele. Selle järgi tekib vähemalt kahtlus, KAS juhendis toodud väärtused on õigustatud.
7. Kui me kasutame rakendust KAP, siis KAP (kuni v2.1) arvutustulemused ei ole kontrollitavad mistahes mõõteseadmega (ei Inspectoriga, Loadmaniga ega plaatkoormuskatsega). Kuigi KAP ja Soome juhises kirjeldatud Odemarki valem tuginevad sarnastel teoreetilistel alustel (valemites on siiski olulised erisused), on oluliselt erinevad liivade arvutusparameetrid ja siit tulenevalt ka lõpptulemused.
8. Kui me soovime võrrelda projektis toodud kandevõime numbreid reaalselt mõõdetavatega, siis tuleks kasutada Soome juhendis 2018/038 (leitav TrAm kodulehelt) toodud arvutusmetoodikat ja materjalide/pinnaste arvutusparameetreid, kuid ka siis on arvutustulemuste näol tegemist sihtväärtustega, mitte vastuvõtutingimusega. Soome juhendi alusel arvutatav kandevõime väärtus peaks olema võrreldav plaatkoormuskatsega mõõdetava Ev2 väärtusega. Seetõttu on määruses 101 toodud väärtused põhimõtteliselt väärad nagu on seda ka juhendis sätestatud fikseeritud tase 150 MPa. Soome juhistes viidatakse plaatkoormuskatse kasutamisel KAS kandevõime (Ev2) väärtusele VÕI tihenduskvaliteeti kirjeldavale Ev2/Ev1 suhtarvule ja reeglina ei anta korraga ette mõlemat nõude taset, lisaks, Ev2/Ev1 suhtarvule esitatav nõue sõltub Ev2 tasemest – mida suurem on Ev2 väärtus, seda suuremaks kujuneb ka lubatud suhte piirväärtus.
9. Nii Soome kui Saksa nõuded (Eestis kehtestatud 150 Mpa tase on tõenäoliselt kopeeritud Saksa juhisest, kuid ka Saksamaal on erinevatele konstruktsioonidele esitatud nõuded erinevad, 150 tase on valdav valitud kataloogikatenditel keskmise või suurema koormuse tingimustes) tuginevad optimaalse terastikulise koostisega kivimaterjalide kasutusele. Ühtlase terastikulise koostisega liivasid ja fraktsioneeritud killustikke Soomes ja Saksamaal ei kasutata. Kuigi Soome esitatud nõuded on arvutatud Odemarki valemiga, siis Saksa juhised ja nendes toodud väärtused on kogemuslikult kehtestatud, tuginedes seal enamlevinud materjalidele (mis kohe kindlasti ei sisalda fraktsioneeritud killustikke ja ilmselt mitte ka paekillustikku).
10. Kõik eeltoodud nõuded Ev2 ja Ev2/Ev1 suhtarvu suhtes kehtivad asfaldi alusele killustikaluse kihile, kui kasutatakse stabiliseeritud  aluse kihte (BS, KS, TS), on tegemist kahekihilise alusega mis koosneb killustikust jagavast kihist ja stabiliseeritud kandevkihist. Eesti nõuetes puuduvad kvaliteedikontrolli näitajad aluse alakihi jaoks ning aluse ülakihile sätestatud nõuete rakendamine alakihile ei ole asjakohane. Soome juhistes on sellisel juhul jagava kihi kandevõime nõue (Ev2) vähemalt 70 Mpa (vt: 2018/038 tabel 19[2]), projekteerimisel püütakse saavutada 90 MPa taset, kuid stabikihi all on nõuded veidi madalamad. Probleem aga stabikihi all mõõtmisega tekib selles, et tihti paigaldatakse kandva kihi (stabikihi) uus killustik KOOS jagava kihi killustikuga ning seda ei saa enam tavanõuete järgi tihendada, sest stabimasin keerab ülakihi niikuinii uuesti segamini. InfraRYL järgi on jagava kihi tihendusnõue keskmiselt 95% ja minimaalselt üksiktulemusena 92%. Plaatkoormuskatsega tuleb saavutada projektis ettenähtud tase ning kui Ev2 väärtus on alla 125 Mpa, võiks suhtarv olla alla 2,2 (suhtarvu piir tõuseb koos Ev2 tasemega – vähemalt 185 Mpa korral on suhtarvu piiriks kuni 2,9.
11. Tallinna tüüpkatendid[3] ehk kataloog on koostatud Soome juhiste alusel, kvaliteedikontrolliks on võimalik kasutada Taani koolkonna kergdeflektomeetreid (ASTM 2583), rakendades Ev2 väärtuste teisendamiseks LWD mõõtetulemusteks üleminekutabelit. Erinevalt kehtivast reglemendist (ühene vastuvõtutingimus), on siin kasutusel libiseva keskmise sihtväärtus ja üksikmõõtmise miinimumväärtus.

Uuringutulemused

Inspector-seade on Loadman-seadme kloon ehk koopia. Teede Tehnokeskus on võrrelnud eeltoodud uuringus ka Loadmani ja Inspectori näitusid ja leidnud seose – E_in=1,162*E_lo-33, kus seose tugevus R²=0,72. Et Inspectori ja Loadmani näidud ei ole samased, siis ei saa ka nendele mõlemale kehtestada ühtseid kontrollväärtusi ning siit tulenevalt ei saa ka Inspectori jaoks kehtestatud nõude taset teisendada mistahes teise seadmega kasutatavaks.

Põhjus, miks Inspectori mõõtetulemused ei ole võrreldavad ühegi katendiarvutusega, seisneb asjaolus, et Inspector (ja ka algne Loadman) kasutavad mõõtehetkel koormusplaadile avaldatud pinge väärtust, mis ületab kordades reaalses konstruktsioonis esineda võivat pinget. Kõigi teraliste materjalide puhul kehtib elastsusmooduli sõltuvus pingest. Teemat on uurinud Riho Eichfuss TTÜ magistritöös (2018)[4]. Töös katsetati erinevaid seadmeid, sealhulgas võrreldi ka plaatkoormuskatse tulemusi kergseadmetega.

Rait Kopti uuris oma TTÜ magistritöös (2019)[5] geosünteetide mõju mõõtetulemusele nii Inspectori kui Dynatest LWD seadmega. Järelduseks, et KUI geosünteet paikneb mõõteseadme mõjupiirkonnas, SIIS suure tõenäosusega on konstruktsiooni mõõdetav elastsusmoodul (kandevõime) kuni 30% madalam, kui samases konstruktsioonis ilma geosünteedita (LWD ja Inspectori tulemused). Plaatkoormuskatse praktika Teede Tehnokeskuses on näidanud ka ca 50% kandevõime puudujääki geosünteediga alal võrreldes ilma geosünteedita referentskonstruktsiooniga. See ei tähenda, et geosünteete ei tuleks kasutada, vaid ainult seda, et geosünteedi kasutamisel tavapärane kontrolliskeem ei tööta.

Teoreetiline põhjendus on kahene – ühelt poolt, toimib geosünteet batuudina, dünaamiline koormus põhjustab ka geosünteedi kihis läbipainde, mis omakorda mõjutab geosünteedile paigaldatud materjali mõõteseadme kõrval, raputades kihi uuesti ebatihedaks – see efekt toimib nii vibrotihendamise ajal kui ka dünaamilise seadmega mõõtes. Ja teiselt poolt, omandab geosünteet koormuse all lõpliku positsiooni järeltihenemise käigus aja jooksul liikluskoormuse all. On tõenäoline, et lõpuks kui geosünteet on eelpingestatud järeltihenemise käigus, toimib see konstruktsiooni kandevõimet tõstvana, paraku enne eelpingestamist on tegemist nõrgestava kihiga..

Järeldus:

• Liivade tihenduskvaliteedi hindamiseks on penetromeetrid, kuid neid ei saa kasutada, kui materjalis on olulises osas jämedamat tera. Seega, ainult liivadele, mitte kruusadele ega killustikele. Penetromeeter annab just tihendusteguri oma üleminekutabelist, mitte kandevõimet. Kontrollida võiks, kuivõrd penetromeetri tulemus sõltub geosünteedi kasutusest.
• Võrrelda on võimalik Odemarki valemiga arvutatut (kuid mitte KAP tulemust) – näiteks, rakenduses KRP 1.0[6] arvutatavat, plaatkoormuskatsega mõõdetavaga, seda sidumata kihtide piires (materjalide ja pinnaste omadused valida Soome juhise järgi). Seotud kihtidel mõõdetakse kandevõimet dünaamiliste seadmetega ning asfaldi temperatuurisõltuvus mõjutab tulemust tugevalt. Plaatkoormuskatse ja Taani koolkonna kergseadmete tulemused on võrreldavad üleminekutabeliga, kui kergseadme tööreziim vastab kihi tööolukorras esinevale – see tähendab vajadust erinevatel kihtidel kasutada erinevat mõõtereziimi.
• Võrrelda on võimalik Inspector- ja Loadman kergseadmetega mõõtes suhtarvu, kui palju tõusis elastsusmoodul (ehk kahanes mõõdetud paigutis) mõõteseeria käigus, kuigi ka sel meetodil on piiratused. Soome juhiste järgi sobib Loadman kandevõime mõõtmiseks vaid aluspinnasel, mitte ehitataval konstruktsioonil, sest seadme mõju ulatus on piiratud.
• Geosünteedi kasutus mõjutab nii mõõdetud elastsusmooduli väärtust kahandades seda kuni 50% (kõigil mõõteseadmetel) kui seeria käigus fikseeritud muutust (kergseadmetel). Mõju ulatus sõltub mõõtmisel kasutatud koormusest, materjali niiskusest ja kahtlemata ka mõõtmisel kasutatud plaadi diameetrist. Tänased juhendid ei arvesta geosünteetide kasutamise mõju, sest ajal kui viidatud väärtused kokku on lepitud, geosünteete ei kasutatud teekonstruktsioonis.

2) Paremini on vaja uurida erinevate kergseadmete ja plaatkoormuskatse mõõtmise seoseid erinevatel materjalidel ning geosünteetide mõju mõõtetulemusele

3) Kindlasti sobib kasutada pidevjälgimise tehnoloogiat – kui tihendustehnika ise jälgib, milliseks on kujunenud võnkeamplituud ja sellest tulenevalt, kas materjali on võimalik rohkem tihendada või ei. 

M101 vajalik sõnastus kandevõime mõõtmiseks:

1. Kandevõime mõõtmistes sidumata kihtidel on baas-seadmeks plaatkoormuskatse (Ev2). Kandevõime sihtväärtused leitakse katendikataloogist (kui kasutatakse kataloogikatendeid) või arvutatakse kas katendi dimensioneerimisel ehk ka projekteeritud konstruktsiooni järgi valemitega/tarkvaraga, mis on plaatkoormuskatsega võrreldud.

2. Kergseadmetega mõõtmisel vajaliku taseme määratlemiseks võib kasutada katselõigu meetodit, kus kergseadmega mõõdetakse kandevõimet pärast iga tihendusseadme läbikut ning vajalik tase määratakse lähtuvalt tihendamisel saavutatud maksimaalsest tasemest, arvestades konkreetselt kihilt nõutavat tihendustegurit.

3.  Katendiarvutustes leitud kandevõime väärtus vastab projektsele kandevõimele tervikkonstruktsioonis tööolukorras (aastase ekspluatatsiooni järel), ehitusprotsessis tuleb saavutada libiseva keskmise tase vähemalt 80% projektsest ning üksikmõõtmine ei tohi olla madalam kui 50% (?) projektsest.

M101 vajalik sõnastus juhuks, kui mõõtmistulemus erineb oluliselt sihtväärtusest

1) Kui projektse konstruktsiooni alapinnal mõõdetud tulemus on madalam, kui sihtväärtus, tuleb kaaluda aluspinnase asendamist mahus, mis on vajalik projektse konstruktsiooni alapinnal vajaliku kandevõime saavutamiseks. Alternatiivina on võimalik kaaluda aluspinnase stabiliseerimist, konstruktsiooni kihipaksuste suurendamist või projektsete materjalide asendamist suurema elastsusmooduliga materjalidega.

2) Kui rajatud kihi pinnal mõõdetud tulemus on madalam, kui sihtväärtus ning konstruktsiooni alapinnal tehtud mõõtmise tulemus vastab projektis eeldatule, tehakse kontrollarvutus vastavuses tegelikult kasutatud materjali liigitusele ja kihipaksusele. Kui seejuures arvutustulemus jääb projektsest madalamaks, otsustab Insener edasised toimingud, millega tuleb tagada vajalik kandevõime teekonstruktsiooni pinnal.

3) Kui ehitusprotsessis on kõige alumise konstruktsioonikihi pinna kõrguslikus positsioonis olemasolevalt aluspinnaselt saavutatud sellelt kõrguselt projektis eeldatud kandevõime ning puuduvad ehitustehnilised põhjused aluspinnase asendamiseks, jäetakse alumine kiht eemaldamata ja materjal/pinnas asendamata.

LOADMAN ja Soome reeglid (InfraRYL)

18310 – torupaigalduse alus – 132 mm ja Emax/E1 peab olema keskmiselt alla 2,9 – üksikmõõtmistel alla 3,0

18320 – valmis algtäide kaevetöödes – 132 mm plaadiga, keskmine Emax/E1 kuni 2,5 ja üksikmõõtmisel Emax/E1 kuni 2,8 (tihendustegur keskmiselt 95% üksikul 92%)

18330 – valmis lõpptäide kaevetöödes – 132 mm plaadiga Emax/E1 < 2,9

45314 – tenniseväljaku katte homogeensus (21230.4)

42013 – silla vundamendi alustäide (kui ei saa PLT või FWD mõõta) – 132 mm plaadiga kuni 25 m2 objektil vähemalt 4 punkti, suuremal vähemalt 6, fikseeritakse mõõteseeria (6 lööki) keskmised ilma max ja min väärtusteta. Silla tausta (koonuse) täites tohib Loadmani kasutada kuni 4 m kõrguse muldega, viimane tasand tuleb teha suure seadmega. Katsed igal meetril, vähemalt 5 punkti kihil. Silla vundamendi alusel täitel PLT Ev2 vähemalt 145 ja Ev2/Ev1 alla 2,2. Kui Ev2>175 siis suhtarv tabelist. Kui kasutatakse Loadmani, siis keskmine Emax vähemalt 95 ja Emax/E1 alla 2,5. Iga mõõtesarja Emax peab olema vähemalt 85 ja suhtarv mitte üle 2,8. Loadman-kontrolli puhul ei tohi tihendatav kiht olla üle 30 cm.

Loadman ja Soome reeglid (MaaRYL)

18310, 18320, 18330 – analoogselt InfraRYL’ga.

18341.4.1 hoone vundamendisüvendis – nõuded erinevatel juhtudel Emax/E1 suhtarvule Loadmani jaoks, kuid samas on ka paralleelsed nõuded plaatkoormuskatsele ja Troxler-meetodiga mõõdetud tihendustegurile. Siit tulenevalt on võimalikud ka võrdlused üldehitusega seotud objektidel.

[1] https://transpordiamet.ee/media/3163/download

[2] https://ava.vaylapilvi.fi/ava/Julkaisut/Liikennevirasto/lo_2018-38_tierakenteen_suunnittelu_web.pdf ja eestikeelsena https://transpordiamet.ee/media/2783/download

[3] https://www.riigiteataja.ee/aktilisa/4240/9201/9038/1110141708.attachment.pdf

[4] https://digikogu.taltech.ee/en/Item/41f7c6f4-2ac7-48cc-ab5b-428f291668e5

[5] https://digikogu.taltech.ee/et/Download/55d98af5-85be-443a-a767-b9e43a29e37b

[6] https://t-konsult.ee/rd/