Kandevõimest ja nõuetest

  • Post author:
  • Post category:Artiklid
  • Post last modified:14. mai 2021

Alustame nõuetest. Määrused.

Teeprojektile esitatavate nõuete määrus üsna uus. Käsitleme erinevaid huvipakkuvaid artikleid:

  • teiste riikide normide kasutamine – §15 (2) sõnastuses, mis viitab võimalusele neid nõudeid kasutada vaid osaliselt koos põhjendustega
  • §20 – muldkeha (nõuded pinnasele, nõlvusele ja tihendustegurile) ja dreenkiht (nõuded paksusele, materjalile ja tihendustegurile)
  • §15 (8) – liiklussagedus, koormussagedus, vajalik E, viide tugevusarvutusele või tüüpkatendile, materjalid koos kihtide paksustega

Nagu näha, on küll sätted tihendusteguri suhtes, kuid puuduvad igasugused viited kandevõimele. Mis on viide tugevusarvutusele? Ilmselt nähakse võimalust, et arvutustulemused on esitatud kas lisas või omaette dokumendina. Tüüpkatendi puhul arvutusi ei kaasata. Ning kui katendiarvutus sisaldab näiteks pingeid (lubatud ja arvutuslik) kuid ei sisalda kandevõime megapaskaleid (nii on see näiteks Rootsi ja Taani skeemides), ongi kõik korras?

Kvaliteedinõuete määrus, ka suhteliselt hiljuti uuendatud. Viimase uuenduse sisu: võeti maha kõik viited filtratsioonile ning korrigeeriti ka katendi taastamise sätteid – kui kaevikust võetud materjal korralik, pole vaja karjäärikraami asemele vedada. Otsest sõnastust kandevõime kontrolliks ei ole. Küll esineb korduvalt elastsusmooduli mõiste sisulises kandevõime tähenduses, seda konkreetsete kihtide vastuvõtutingimustes, kõigil juhtudel viitega Inspector/Loadman seadmete kasutusele, kui kasutatakse midagi muud tuleb rakendada vastavaid üleminekutegureid:

  • muldkeha pinnal – mitte väiksem projektis ettenähtust
  • liivpinnasest dreenkihil 65 MPa, kõigil teistel juhtudel dreenkihil vähemalt projektis ettenähtu
  • killustikul ja kruusal – 120…170 MPa
  • stabikihtidel – 190…230 MPa

Tihendusteguri nõue sõltub tee klassist, katendi paksus + 0,4 m (kuna nii dreen- kui külmakaitsekihid on katendi koosseisus siis laieneb see nõue lisakihtidest allapoole). Siin on teatud tõlgendusruum, täna soovib MKM arvestada katendi koosseisu dreenkihi, kuid lugeda külmakaitsekihi muldkeha ülaosaks. Mina tõlgendan M106 teksti paraku nii et katend sisaldab ka aluse lisakihid, siis ka külmakaitse. Kuid MTM järgi siis karmimad tihendusnõuded kehtivad ainult dreenkihi aluspinnast 40 cm sügavamale.

Juhised

Lisaks määrustele on valdkonda reguleeritud ka Maanteeameti (nüüd Transpordiameti) juhistega. On võimalik, et konkreetsetes omavalitsustes on koostatud/kehtestatud ka omad juhised. Juhised kehtivad vaid juhul, kui lähteülesandes on nendele viidatud. Riigiteedel on TRA juhiste kehtivus kattev, KOV teedel valikuline ja erateedel on see teeomaniku otsustada, kas üldse mingitest juhistest juhendutakse.

TRA muldkeha ja dreenkihi projekteerimise ja ehitamise juhis sätestab kandevõime mõõteseadmena plaatkoormuskatse ning vajalik Ev2 väärtus peaks olema vähemalt projektis kirjeldatu.

Kommentaar: katendiarvutus KAP abil ja plaatkoormuskatse ei ole omavahel seotud, suure tõenäosusega ei ole KAP tabelis kirjeldatu saavutatav plaatkoormuskatsega. Küll aga on see tõenäoline, kui kasutatakse Soome katendiarvutust koos sealsete materjaliparameetritega erinevatele liivadele ja pinnastele.

TRA killustikust katendikihtide ehitamise juhis sätestab plaatkoormuskatse kasutamisel nõudena Ev2 väärtuse vähemalt 150 MPa ning suhte Ev2/Ev1 mitte üle 2,5.

Kommentaar: siin on tegemist juba põhimõttelise probleemiga, sest nimetatud väärtused on kopeeritud Saksa tüüpkatenditest ja siin tuleks arvestada, milliste materjalidega originaalis tegu on. Igatahes purustatud pindadega kivimaterjal, mitte liiv mille pealt mõõdetakse. Ning kas üldse on õigustatud nõuda kõigilt erineva konstruktsiooni ja koormusega teedelt ühte ja sama tulemust?

Tihendamise kontroll – tuleks vaadata tabelit 5 (lk 31) kus on toodud tihedusnäitaja ja tihendusteguri seosed. NB! mõõtmisel saadud elastsusmooduli väärtus ei näita kvaliteeti, selleks kasutatakse suhtarvu mis iseloomustab, kui palju konkreetne konstruktsioon mõõteseadme talla all mõõteprotsessis tihenes ehk tugevnes. Mitte absoluutväärtus vaid suhtarv.

Millega midagi mõõdetakse?

M101 (kvaliteedinõuete määrus) sätestab elastsusmooduli mõõteseadmena Inspectori või Loadmani (see väide on ekslik sest nende seadmetega saab siiski ainult tihendamise kvaliteeti kontrollida, kuid mitte kandevõimet – jah, me mõõdame elastsusmoodulit kuid moodul ei ole võrreldav arvutatuga), teiste seadmete kasutus on võimalik, kui kasutatakse vastavaid üleminekutegureid. Tallinna tüüpkatendite juhises on toodud üleminekutegurid Dynatest LWD seadme kasutusele, seda nii plaatkoormuskatse kui Inspectori suhtes. Saksa juhistes leiduvad üleminekud Zorni või analoogsete GDP-tüüpi seadmete (German Dynamic Plate Test) ja plaatkoormuse vahel, kuid need on rakendatavad sisuliselt killustikalusest allpool paiknevatele kihtidele, GDP-seadmete mõõtediapasoon on kitsam sest mõõterežiim on ainult 100 kPa, millest jääb väheks nii killustikalusele kui seotud kihtidele.

Teatud ulatuses on erinevate seadmete mõõtetulemused võrreldavad. Erinevusi põhjustavaid tegureid on mitmeid, alates rakendatavast koormusest, koormusplaadi diameetrist ja koormamise kestvusest (impulsi pikkusest). Kuni reaalselt pinnaste ja materjalideni, nii imelik kui see ka ei ole – dünaamilise ja staatilise seadmega mõõdetavad ei ole üheselt üleviidavad, samuti ei ole seosed nende seadmete vahel samad erinevate materjalide/pinnaste vahel.

Mistahes seadmega me mõõdame, sõltub mõõtetulemus ka tegelikust konstruktsioonist. Ei M101 sätestatud numbrid ega ka viidatud 150 MPa ei ole seotud tee klassi, koormuse, liikluse ega reaalselt kasutatud katendikonstruktsiooniga.

Seega, mõõteseadmetena on võimalikud FWD, plaatkoormuskatse ja kergdeflektomeetrid. Kandevõime ehk konstruktsiooni või selle osa (kuivõrd seadme mõjuala ei pruugi kogu konstruktsiooni põhjani ulatuda) elastsusmoodul on üks asi, tihendustegur hoopis teine.

Kergdeflektomeetriga saame mõõta elastsusmoodulit ja mitme mõõtmise käigus tulemuse muutusest saame teha järeldused tihendamise kvaliteedi kohta. Konstruktsiooni ehk selle osa elastsusmoodulit mõistame ka kui kandevõimet, üksikul materjalil saab olla elastsusmoodul kuid kandevõime saab olla vaid konstruktsioonil. Et asja adekvaatselt käsitleda, tuleb mitte lihtsalt mõõta, vaid teha seda sarnastes tingimustes, nagu antud kihis reaalses konstruktsioonis esineb. Jah, on ka võimalik kõiki kihte mõõta ühel ja samal pingerežiimil – saame neid ilusti omavahel võrrelda. Kuid pole lootust, et tulemused kunagi arvutustega võrreldavaks saaks.

Mis on tihendustegur? Reaalselt saavutatud tiheduse suhe laboris saavutatud Proctor-standardtihedusse. Proctor-tihendamise ajalooline algus on USA 1930ndad aastad, kui tammide ehitamisel oli vaja kontrollida savipinnaste tihendamise kvaliteeti. Mis tähendab, et tihendatavad on põhimõtteliselt peeneteralised materjalid/pinnased. Mitmesugused uuringud näitavad, et Proctor-meetod ei ole adekvaatne kivimaterjalide, eriti pehmemate killustike tihendamiseks. Sinna kategooriasse võiks lugeda kõik paekillustikud, nii pestud kui pesemata – ja põhjus on üks ning lihtne. Proctor-tihendamine toimub kihtide kaupa ja haamriga. See tegelikult tähendab et pehmemad kivid purustatakse tihendamise käigus. Ning materjali terastikuline koostis pärast standardset tihendamise protsessi erineb oluliselt nii sellest, mida tihendama hakati kui ka sellest, missuguseks materjal saab välitingimustes objektil tihendades, kus kasutatakse staatilisi või vibrorulle. Uuringud on näidanud, et tihenduskontrolli etaloniks, st millega konkreetset objektil saavutatut võrrelda, tuleks kasutada just sellele materjalile sobilikku tihendusmeetodit. Selleks on näiteks mitmesugused vibrostendid või vibrohaamrid. Viimasel juhul tihendatakse materjali standardses Proctor-vormis ning vastava standardi kohaselt tavalisel juhul 30 sekundit kihile, suurema vormi puhul 60 sekundit kihile. Liivadega on see kontrollitud, saame võrdsed tulemused Proctor-haamritega tihendamisega. Killustikel jääb see aga valdavalt 90-92% vahele. Mis kajastab just seda, et vibrotehnoloogiaga materjali ei lõhuta. Ning tihendamine ei peaks ju tähendama materjali lõhkumist. Loll lugu on aga siis, kui püüame materjali omaduste üle otsustamiseks seda eelnevalt just standardselt tihendada… Mõistame küll, et meetod ei sobi, mõistame seega ka, et killustike puhul standardtihenduse mõiste on midagi muud. Aga kirjutame ikka igale poole sisse suhte just Proctori-tihedusse. Iseküsimus kas me seda ka niisugusena kontrollime või üldse kontrollida suudame.

Kui mõõteseadme tööulatuses esinevad geosünteedid, siis võib mõõtetulemus olla selgelt madalam võrreldes samade kihipaksuste juures ilma geosünteetideta konstruktsiooniga, erisuse ehk puudujäägi ulatus sõltub geosünteedi paigaldussügavusest mõõtmispinna suhtes ja võib ulatuda 30%-ni. Väidetavalt see erisus tasandub järeltihenemise käigus koormuse all ning aasta hiljem on tulemus võrdne. Rait Kopti magistritöös on teemat põhjalikumalt käsitletud. Geosünteedid üldjuhul ei lisa tugevust vaid ainult aeglustavad võimaliku defekti arengut. Tõenäoline põhjus, miks esineb selline “batuudiefekt”, et materjalikihid mõlemal pool geosünteeti ei ole omavahel otsekontaktis ja sünteet vahepeal toimib vedruna, võimaldades suuremat kujumuutust ehk taastuvat deformatsiooni.

Seadme mõõteulatus on kergseadmetel reeglina 60 cm, ilmselt ei ole see ka plaatkoormuskatsel tavaolukorras (300 mm tallaga) suurem. Suurel FWD seadmel on ulatus sügavam pigem vajumiskausi analüüsi kaudu – eeldus, et kehtib elastse poolruumi teooria ja vajumi tsentrist kõrvale paigutatud andur peegeldab olukorda samas sügavuses, seega erinevate andurite mõõdetud deformatsioonide vahe kirjeldab vastavas sügavuses paiknevate kihtide seisundit (elastsust, deformeeritavust). Kui sügavale ulatub mõju aga väiksema talladiameetri korral? Kuidas mõjutab seda kasutatud koormus (kilod, kilonjuutonid mis arvutuslikult ilmnevad siiski pinge väärtuse läbi talla all)? Kas ja kuivõrd sõltub mõju ulatus (sügavus) mõõdetavast konstruktsioonist? Ilmselt on teema sisehõõrdenurgas, kui kiiresti koormus jaguneb laiemale pinnale – see omakorda pinnaste puhul sõltub niiskusest. Nagu näha on muutujaid rohkem, mistõttu ka tulemused võivad tugevalt varieeruda.

Geovõrkude ja komposiitlahenduste kasutamist ei ole seni enamlevinud katendite dimensioneerimistarkvarades suudetud arvutuslikult katta, mistõttu tavaprotseduur on, et katend dimensioneeritakse ilma geosünteetideta ja vastava materjali tootja teeb oma tarkvaraga kontrollarvutused “ilma” ja “koos nende toote kasutamisega etteantud viisil” ning näitab, et juhul, kui kasutatakse konkreetset toodet etteantud viisil, saadakse samad tugevus- või vastupidavusnäitajad optimeeritud konstruktsioonikihtide paksuste juures.

Seega, ka normide ja juhendite tekstidesse tuleb suhtuda kriitiliselt – need peegeldavad antud dokumentide koostajate teadmisi ajahetkel. Tähelepanu tuleks pöörata nii sellele, MIDA mõõdame kui sellele KUIDAS. Et miks üldse, on suhteliselt selge – loodame, et mõõtmistulemuste vastavus soovitule tagab teatud kvaliteedi. Seegi on vaid lootus.

Üldiselt saab öelda, et tihendamise kvaliteeti näitab LWD ja PLT puhul mõõteprotsessi käigus täiendava tugevnemise ulatus, kas viimase kolme tulemuse suhe esimesse või teise kergseadmel või Ev2/Ev1 plaatkoormusel, kandevõimet aga mõõtetulemus ise, kusjuures eriti ettevaatlik tuleb olla nende kandevõime väärtuste suhtes, mis on mõõdetud antud kihi töörežiimist karmima pinge korral. Üks lisavõimalus aga siiski – kõigi kergseadmetega saab anda suhtelisi tugevushinnanguid juba esimeste mõõtmiste järgi, kui mõõdetakse katte pealt. Esimene eeldus hinnanguks on siiski piisav deformatsioon, LWD puhul soovitaks vähemalt 300 mikronit ehk 0,3 millimeetrit – kui see deformatsioon on alla 0,1 millimeetri ehk 100 mikroni, on reeglina tegemist kas betooni või kolmekihilise asfaltkattega ja juhuslik hälve võib olla mõõtetulemuse suhtes liiga suur. Näiteid:

  • alumine asfalt ehk AC base, silmaga näha et kohati üsna poorne ja koguni halvasti seotud materjal – võimalik, et probleem asfalditehases, võimalik et paigaldus liiga külmalt. Kihil mõõtes saame selgelt eristada alad, kus asfalt toimib seotud kihina, aladest kus pigem sidumata kihina ja siit tulenevalt määratleda asendamist vajava katte ulatuse
  • sillutiskate betoonplaatidest ja plaadil mõõdetud deformatsioonid erinevad koguni kordades. Avamisel selgus, et nõrgas alas oli “unustatud” killustikukiht – plaadi alune sängituskiht paiknes aluspinnasel. Tihenda palju tahad, sealt kandevõimet ei saagi tulema – järelikult tuleb lahti võtta ja töö uuesti teha
  • kaevetööde järgsel taastamisel asfaldilt mõõtmisel selgus, et vana ja uue katendi üleminekualas on deformatsioon isegi kahekordne võrreldes korralikult tihendatud alaga. Kuna seos deformatsiooni ja kandevõime vahel on lineaarne, siis siin on tegemist kahekordse kandevõimevahega. Et seos koormussageduse ja kandevõime vahel on logaritmiline, siis tuleneb sellest oluline ressursikahanemine. Näiteks, eeldades katendi tööeaks 20 aastat, arvutuslikuks koormussageduseks 4000 normtelge  ja vajalikuks kandevõimeks 308 MPa, siis 10% kandevõime puudujääk (277 MPa) tähendaks katendi tööiga 20 aasta asemel 7 aastat, 20% puudujäägile vastab 3 aastat ja 30% kandevõime puudujäägiga katendi arvutuslik eluiga on alla aasta. Et tegelikud tulemused päris nii drastilised ei ole, tuleneb ühelt poolt järeltihenemisest ehk kandevõime tõusust liikluse all ja teiselt poolt asfaltkatte elastsuse kahanemisest ajas (uus kate võtab koormust paremini vastu). Samas, eks me ole piisavalt näinud kaevetööde järgset taastamist mis peagi laguneb ja just asfaldi jätkukoha lähialas.

Ain

TTÜ lektor (teede projekteerimine) T-Konsult OÜ - konsultant volitatud teedeinsener (tase 8)