M101 ja kandevõime

MTM määrus 101 vajab muutmist sõltumatult kogu muust taustsüsteemist. On ka selge, et määrusesse sissekirjutatud kandevõime mõõtmise teema on ajale jalgu jäänud – seetõttu, et:

  1. me oleme hakanud mõistma, et määrusejärgne metoodika (Inspector/Loadman) pole korrektne, rääkimata konkreetsetest kandevõime väärtustest mis määrusest leitavad.
  2. reaalsed konstruktsioonid on erinevatest materjalidest ja erinevate kihipaksustega, mistõttu ei ole juba põhimõtteliselt võimalik nõuda kõigi asfaltkatete all Inspectoriga mõõtes võrdset kandevõimet (170 MPa).
  3. teraliste materjalide omadused, sealhulgas eriti elastsusmoodul, sõltuvad mõõtemetoodikast, täpsemalt, mõõteprotsessis kasutatud pingerežiimist. See jutt kehtib ka plaatkoormuskatsega mõõtmiste kohta. Mida suuremal pingel mõõta, seda suurema elastsusmooduli ehk kandevõime väärtuse saad – ning paraku, Inspector kasutab mõõtmisel reaalsetest oludes palju kõrgemat pinget talla all.

Seda viimast, saab ka veidi lahti seletada, elastsusmoodul on materjali omadus, kandevõime konstruktsiooni omadus. Katendite arvutusel loetakse piisavalt paks kiht lõpmatuks ja sellest allapoole ei vaadata – Eesti juhendi järgi on piir 75 cm, Soome juhendis meeter. Seega, kui mõõdetava kihi paksus on piisavalt suur, on mõõtetulemus ehk kandevõime võrdne elastsusmooduliga. Kandevõime mõõtmisel sõltub nii rakendatavast koormusest kui ka mõjutava objekti suurusest ehk mõõtetalla diameetrist (aga mitte ainult ja otseselt talla all mõjuvast pingest), see, kui sügavale mõõteseade mõjutab pinnast/konstruktsiooni. Mida suurem pinge (kPa), mida suurem koormus (kN), seda suurema tulemuse (MPa) saame, pinge omakorda on jõu ja rakendatava pinna suhe – paraku tegelik mõju on veidi keerulisem. Et mõõtetulemused võiksid haakuda arvutustega, tuleks igal kihil mõõta just selle kihi tööolukorras esinevas pingerežiimis. Kas otseselt või siis vähemalt lähedases režiimis, sõltub sellest kui täpset tulemust otsime. Ja eks tegelikult ei ole reaalne töörežiim ka alati väga lähedal arvutuslikule.

Katte pinnal saame koormusena arvestada normtelge – 10-tonnise telje paarisratas, rehvirõhuga 600 kPa. Sõiduautol on telg laias laastus tonnine, rehvirõhk vahemikus 200-250 kPa. Veoautol veotelg lubatud 11,5 tonni ja rehvirõhk rehvitootja soovituses kuni 850 kPa kuid reaalselt pole haruldased ka üle 1 MPa (ehk 10 bari) rehvirõhud, sest suurem rõhk varjab visuaalset ülekoormuse tuvastamist ja samal ajal vähendab kütusekulu, sest veeretakistus on väiksem. Mõõterežiimist – plaatkoormuskatsel rakendatakse standardikohasel esimesel koormamisel 300 mm diameetriga koormusplaadile 5 tonni, teisel koormamisel vähem, kandevõime väärtus Ev2 arvutatakse deformatsiooni ehk paigutise ja pinge diagrammilt pingevahemikust 150…350 kPa ehk veidi lihtsustades, tasemelt 250 kPa. See on lähedane asfaldi all esinevale pingele. Iga kiht jagab koormust laiali ja kuigi lisandub ka ülemiste kihtide omakaal, on pinge tööolukorras killustiku ehk aluse all reeglina alla 100 kPa, aluspinnasel veelgi vähem. Nii on mõnedes riikides ka plaatkoormuskatse kasutamisel, pingerežiimi diferentseeritud – Venemaal kaks taset, liival pool standardsest, killustikalusel standardne; Itaalias on astmeid rohkem. Kuna teralistel materjalidel ja pinnastel sõltub elastsusmoodul mõõtmisel kasutatud pingest, tuleks katendi arvutustes konkreetsel kihil saadud kandevõime väärtusega võrdlemiseks kasutada just sellel kihil esinevat pingetaset.

Määruses antud Inspector ja Loadman on tihenduskontrolli seadmed, sest mõõterežiim ehk pinge seadme talla all on kordades suurem reaalselt esinevast – suure tallaga ehk liival ca 0,5 MPa, väikse tallaga ehk killustiku mõõtmisel ca 1,5 MPa. Ning tihenduse kvaliteedi hindamiseks saame vaadata, kui palju suutis seade mõõdetava elastsusmooduli väärtust suurendada mõõteseeria käigus. Kuidas sedagi hinnata on omaette jutu ja uuringu teema, sest Inspectoriga kaasa käiv jutustus erineb oluliselt algse Loadmani juhendis kirjeldatust. Rääkimata siis kogu loo juurde veel seda, et tänu mõlema seadme vinnastamise reeglitele, hajuvad mõõtetulemused ka seetõttu, et seadme mõõtepunkti tagasi paigutamisega ei pruugi seadme asend piisavalt täpselt sama olla eelmise mõõtekatsega võrreldes. Loadmani konstruktor Anssi Lampinen kinnitab, et Loadman on tihenduskontrolli seade, mitte kandevõime mõõteseade. Ning tihenduskvaliteedi hindamiseks tuleb kasutada suhtarvu Emax/Emin, siis mõõteseeria maksimaalse ja minimaalse väärtuse suhet. See tundub ka loogilisem, sest sisuliselt seade ületihendab materjali. Suhtarvu väärtuse nõue aga peaks olema seotud juba maksimaalse mõõdetud kandevõime väärtusega. Nii on kirjas ka MaaRYL ja InfraRYL dokumentides. Tõsi, viimastes redaktsioonides on viited Loadman kergseadmele välja võetud ja sisuliselt on Loadmani seeriast alles jäänud suur seade Heavy Loadman, mis on sisuliselt FWD, kuid ilma lisa-anduriteta. Kergseadet kasutatakse jätkuvalt näiteks kraanade varustuses et enne kui käpad maha toetada, kontrollida, kas selles punktis piisavalt kannab. Nii FWD (ca 100k€) kui Heavy Loadman (ca 60k€) on piisavalt kallid seadmed, et iga ehitaja või järelvahtija endale neid soetaks, seega, pigem spetsialiseerunud konsultandi töövahendid. Soome praktikas kasutatakse viimase sidumata kihi (killustikalus) kvaliteedihindamiseks tihti just Heavy Loadman seadet.

T-Konsult on viimase viie aasta jooksul kasutanud Taani seadmeid Dynatest LWD 3031 ja 3032, mis võimaldavad mõõtmisprotsessis kasutatavat režiimi varieerida laiades piirides nii langeva raskuse kaalu varieerimisel (5…20 kg) kui langemiskõrguse muutmisel, aga ka erinevate mõõtetaldade kasutamisega (diameeter 100, 150, 200 ja 300 mm – praktikas 150-300 mm asendus vaid lülitite pööramisega). Samade omadustega seadmeid on Taani koolkonnas rohkem – lisaks Dynatestile ja Sweco Prima 100 seadmele (mille mõlema ühine eellane kandis nime Keros), ka Terratest 9000 Saksamaalt ning 3ipe Ladina-Ameerikast. 100 kPa režiimi kasutamisel on sobilikud ka Saksa koolkonna (GDP – German Dynamic Plate) seadmed, enamlevinud Zorn ja HMP erinevad mudelid, mille ühine omadus on lahutatud 300 mm koormustald ja 10 kg langev raskus, pingerežiim on tehases kalibreeritud, objektil mõõtjal midagi varieerida ei ole.

Mitmes Transpordiameti projektis on tehtud katendi projekteerimisel rehkendused ka Soome ning Rootsi süsteemide alusel. Linnades kasutatavate kataloogikatendite (seni ka tüüpkatendiks nimetatud) arvutused on tehtud Soome süsteemis ehk Odemarki valemiga, mis lähiriikidest ainsana peaks andma tulemused, mida saab võrrelda plaatkoormuskatse tulemustega (Tallinna tüüpkatendid Riigi Teatajas 2019 ja Soomes kasutatav InfraRYL kataloog – pidevalt uuenev).

Kuidas aga Odemarki valemiga arvutatut kasutades mitte minna vastuollu määruse 101 nõuetega?

  1. Kõik kandevõime mõõtmised – tänane sõnastus on viisil (kõigil eri väärtustel ja juhtudel on sama tekst): elastsusmoodul tihendatud kruusatee pinnal määratuna LOADMAN- või INSPECTOR-tüüpi seadmega ristlõike kolmes punktis peab olema ≥120 MPa. Mõne teise analoogse elastsusmooduli mõõteseadme kasutamisel peavad selle lugemid olema eelnevalt võrreldud LOADMAN-tüüpi seadmega ja mõõtetulemused korrutatud üleminekuteguriga. Asendaksime selle: “Kandevõime hindamiseks, kui projektis ei ole näidatud teisiti, mõõdetakse deformatsioonimoodul Inspector-tüüpi seadmega ristlõike kolmes punktis,  ja mõõtetulemus peab olema vähemalt 120 MPa. Projekteerija võib kasutada tunnustatud arvutusmetoodikat ja esitada vajalikud kandevõime sihtväärtused plaatkoormuskatsele (Ev2) ja võrreldud kergseadmele.” See võimaldab projekteerijal kasutada Odemarki valemiga katendiarvutust mis sidumata kihtide puhul tugineb plaatkoormuskatsega mõõdetava Ev2 väärtuse taseme näitamisel arvutustabelis igale kihile. Kergdeflektomeetrite kasutamisel esitatakse vajaliku kandevõime väärtused 80/50 põhimõtte alusel, mille kohaselt viie järjestikuse mõõtepunkti kandevõime libisev keskväärtus peab olema vähemalt 80% arvutuslikust ja ühegi punkti mõõtetulemus ei tohi olla alla 50% arvutuslikust tasemest. Seejuures tuleks KAP arvutustabelisse lisada klausel “arvutustulemused ei ole võrreldavad ühegi teadaoleva mõõtemetoodikaga saavutatuga”. Siin ka põhjus, miks määruses kasutatakse fikseeritud väärtusi, mitte viidet KAPile. Tõsi, viide, et mõõtetulemused ei tohi olla väiksemad katendiarvutuses esitatust, esineb erinevates dokumentides, kuigi mitte otseselt määruses. Ning katendiarvutuses, mis tehtud Odemarki valemiga, lisada vastav viide, mille kohaselt kontrollida saab nii plaatkoormuskatsega kui vastava üleminekutabeli alusel kergdeflektomeetriga. Määrusetekstis on praegu kasutatud lauset: Mõne teise analoogse elastsusmooduli mõõteseadme kasutamisel peavad selle lugemid olema eelnevalt võrreldud LOADMAN-tüüpi seadmega ja mõõtetulemused korrutatud üleminekuteguriga. See ei ole korrektne, sest seosed erinevate seadmete vahel ei pruugi olla lineaarsed, ka elastsusmooduli sõltuvus rakendatavast pingest ei pruugi olla lineaarne kogu ulatuses. Mis tähendab, et pigem tuleks kasutada üleminekutabelit, mis arvestaks staatilise/dünaamilise ja pingerežiimi mõju tulemusele. 80/50 põhimõte on üle võetud Inglise normidest ja seletab asjaolu, et reeglina ei ole ei aluspinnas ega tegelikult ka teekonstruktsioon päris homogeenne. Ka vastab arvutuslik olukord valmisehitatud teekonstruktsioonile, kus mõõteseadme mõju tagajärjel pinnase/materjali võimalik liikumine talla kõrval ülespoole on piiratud mõõtepinnast kõrgemale paigaldatavate konstruktsioonikihtidega. Pinnasel ja liival on see visuaalselt selgelt märgatav, killustikul mitte niiväga.
  2. Määruse klausel, mille kohaselt juhul kui mõõtetulemus on sihtväärtusest madalam, tuleb nõuetele mittevastav materjal asendada, vajaks paindlikumat lähenemist. Võiks olla Inseneri otsustada, kas materjal asendada või tagada vajalik kandevõime konkreetse kihi kandevõime puudujäägi korral järgmiste kihtide materjalide asendamise, kihipaksuste suurendamise või lisakihi rajamise teel, esitades vastava kandevõimearvutuse, kui selline asendus või täiendus on võimalik tehnoloogianõudeid rikkumata ja muudatus ei põhjusta kõrguslikku muutust, millel oleks mõju liiklusohutusele. Kõrguslik muutus ei pruugi olla võimalik äärekividega konstruktsioonis või seoses teerajatiste geomeetriaga (sillad-viaduktid jne). Selline tõlgendus võiks luua ka võimaluse materjalide asendamiseks, säilitades projektis sätestatud kandevõime nõuded.
  3. Olukorras, kus aluspinnase kandevõime nõue on projektis esitatud ja see ei ole enne muldkeha ehitamist tagatud, tuleb kas aluspinnas tugevdada (stabiliseerimine, materjalide asendamine) et saavutada projektis eeldatud kandevõime väärtus antud kõrguslikul tasemel, või rakendada eelmises punktis toodud meetodit lõpptulemuse saavutamiseks. Kataloogikatendite kasutamisel ongi eeldatud teatud kandevõimega aluspinnast (näiteks, Ev2 – 45 MPa). Kui see nõue ei ole täidetud, ei pruugi ka projektikohaselt ehitatud konstruktsioon anda vajalikku kandevõimet katte pinnal. Täna KAPi kontekstis kasutatavad aluspinnase kandevõime väärtused ei ole reaalselt mõõdetavad. Pinnaste osas võib plaatkoormuskatse tulemus olla isegi parem kui KAP näitab, liivade-kruusade osas on asi kindlalt vastupidi.
  4. Külmstabiliseerimise kvaliteedikontrollis võib kihi lugeda materjali nõuetele (survetugevus, lõhestustugevus paindel) vastavaks, kui 4 tunni jooksul peale kihi tihendamise lõppu saavutatakse esimene piirkandevõime väärtus (60 MPa, mõõdetuna 100 kPa režiimil 300 mm mõõtetallaga) ja 24 tunni jooksul teine piirkandevõime väärtus (200 MPa, mõõdetuna 300 kPa režiimil 150 mm mõõtetallaga). Sel juhul ei ole vajalik proovikeha laboratoorne kontroll materjalide tugevusnäitajate tõestamiseks. Eeltoodu põhineb Itaalia spetsifikatsioonil (sealse riigiteede haldaja standard-dokument). Täna meie määruses sätestatud väärtused võiks lugeda absurdseks, nendest ei ole kunagi juhindutud. On võimalik, et erinevate stabiprotsesside puhul tuleks kasutada veidi erinevaid väärtusi (BS-TS-KS).

Tõenäoliselt on esmalt võimalik lisada esimeses punktis toodud klausel – see võimaldab rakendada (Tallinna või ka teiste linnade ja ehk ka TRA tulevaste) kataloogikatendite konstruktsioone (vt: Tallinna tüüpkatendid Riigi Teatajas 2019 või uuemad) koos vastava kandevõime mõõtmisega plaatkoormuskatse või aktsepteeritud kergdeflektomeetriga, ilma minemata vastuollu määrusega. On tõenäoline, et pärast projekteerimisnormide kavandi jõustumist (juuli 2023) tuleks ka seda määrust veel korrigeerida.

Odemarki valemi kasutust on viimaste aastate jooksul teedeprojekteerijatele tutvustatud, veidi abi leiab ka siit.

 

Teedeehituse kvaliteedikontroll – kandevõime ja tihenduskvaliteet

1)
Kandevõime kontrolli baasseadmed on plaatkoormuskatse (PLT) ja deflektomeeter (FWD). Plaatkoormuskatset kasutatakse sidumata kihtidel, FWD seadet seotud kihtidel. Plaatkoormuskatse asemel on võimalik kasutada kergdeflektomeetrit (LWD) kui seadme töörežiim vastab mõõdetava kihi
töörežiimile ning kasutatakse vastavaid teisendusreegleid tulemuse kirjeldamiseks plaatkoormuskatsega võrreldavas vormis (Ev2).

2)
Enamlevinud Inspector-seade sobib suhtelise tihenduskvaliteedi mõõtmiseks kuid ei sobi sidumata kihtide kandevõime mõõtmiseks. Suhtelise tihenduskvaliteedi all mõistame Inspector-seadmega mõõtes saavutatud tulemuse ühetaolisust – see tähendab, et sellise seadmega on võimalik välja selgitada halvasti tihendatud alad või ka väga nõrga kandevõimega alad, mida ei ole võimalik piisavalt
tihendada. Järelikult saame nendel aladel rääkida kas korduvtihendamisest et olukorda parandada (ühtlustada), või materjalide asendamise vajadusest kui korduvtihendamine ei anna soovitud tulemust. Inspectori mõõtetulemuste alusel ei ole võimalik üheselt määrata asenduse ulatust (vajalikku kihipaksust), küll aga ala ulatust, millise piires tuleb vastav asendus teostada.

3)
Kui kasutatakse kataloogikatendeid (koostamisel Odemarki valemiga läbi arvutatud ja kataloog sisaldab nii kasutatud materjalide määratlusi kui ka aluspinnase vajaliku kandevõime väärtusi, mis on eelduseks kataloogikatendi rakendamisele, kui ka iga konstruktsioonikihi peal vajaliku kandevõime väärtust), on võimalikud muudatused töö käigus

a.
Kui kataloogi rakendamiseks vajalik aluspinnase kandevõime ei ole tagatud, tuleb aluspinnasest teatud kiht asendada kvaliteetse materjaliga ulatuses, mis tagab nõutud aluspinnase kandevõime, lähtuvalt mõõdetud kandevõime väärtusest on Odemarki valemiga võimalik määrata, kui suures mahus tuleb ebapiisava kandevõimega aluspinnast asendada, teades asendusena kasutatava materjali omadusi

b.
Kui kataloogis nähakse ette kandevõime liivakihil (külmakaitsekiht killustiku all) ning see on täidetud ja materjal vastab vähemalt eeldusliku kihi näitajatele (peenosiste sisaldus), ei ole vajalik olemasoleva materjali asendamine projektis soovituga

c.
Kui ehitajal on võimalik olemasolevaid materjale taaskasutada ja väärindada, mille tulemusena on võimalik kahandada uute materjalide kasutamise vajadust ja vähendada ehituse jalajälge, tuleb asendus arvutuslikult kontrollida ning see on võimalik, kui on tagatud vähemalt projektis soovitud kandevõime.

  1. 4)
    Kui projekt on koostatud kasutades KAP rakendust, tuleb eeltoodud asenduste aluseks teostada projekteeritud lahenduse kontrollarvutus Odemarki valemiga ning järgnevalt võimalike asenduste puhul on aluseks Odemarki valemiga arvutatu.

5)
Kvaliteedikontrollis kasutatavad väärtused tulenevad üheselt Odemarki valemiga arvutatust, reeglina
peab kihi peal mõõdetud tulemuse libisev keskmine vastama vähemalt 80% arvutuslikule ning üksikmõõtmise tulemus ei tohi olla väiksem kui 50% arvutuslikust, mis vastab konkreetse kihi kandevõimele tööolukorras, kus on paigaldatud kogu konstruktsioon ja see on järeltihenenud liikluse all. Plaatkoormuskatse ja kergdeflektomeetri kasutuse üleminekutabel sisaldab juba eeltoodud põhimõtted, näidates nii libiseva keskmise nõutud taseme kui üksikmõõtmise lubatud miinimumi.

6)
Seega, sõltuvad kvaliteedikontrollis nõutavad kandevõime väärtused konkreetse konstruktsiooni materjalidest ja kihipaksustest, mitte ei ole need senisel kombel kehtestatud üldkehtivana kõigile lahenditele (vt: Inspector/Loadman senine nõue 170 MPa asfaltkatte all killustikalusel).

7)
Stabiliseeritud aluse (TS, KS) kvaliteedikontroll tehakse kahefaasilisena, esimeses kontrollitakse kandevõimet pärast tihendamist (tihenduskontroll) – nelja tunni jooksul tuleb saavutada 60 MPa (mõõterežiim 100 kPa 300 mm koormustallaga), teises faasis kivinemisprotsessi – 24 tunni jooksul tuleb saavutada 200 MPa (mõõterežiim 300 kPa 150 mm koormustallaga). Kui nimetatud tulemused on saavutatud, võib paigaldada järgmised kihid ning puudub vajadus stabiliseeritud materjali laboratoorseteks tugevuskatseteks.

 

Määrus 101 – kandevõime mõõtmised – kaks konkreetset ettepanekut (13.01.2023) ja kolmas ehk mõttekoht, kus otsustama peaks insener kuid täna kasutame selles positsioonis menetleja jooksupoissi.

Struktuurne küsimus

Määruses 101 on täpselt sama sõnastust korratud 9 korda, igal korral erineva väärtusega. Struktuurselt on mõistlik kandevõime mõõtmise ja tihenduskvaliteedi teema lahti kirjutada eraldi punktis või koguni määruse lisas.  Tüüpne tekst: elastsusmoodul tihendatud kruusatee pinnal määratuna LOADMAN- või INSPECTOR-tüüpi seadmega ristlõike kolmes punktis peab olema ≥120 MPa. Mõne teise analoogse elastsusmooduli mõõteseadme kasutamisel peavad selle lugemid olema eelnevalt võrreldud LOADMAN-tüüpi seadmega ja mõõtetulemused korrutatud üleminekuteguriga.

Tekstis on kolm muutuvat komponenti – objekti määratlus (kruusatee), mõõtekoha täpsustus (ristlõike kolmes punktis) ja kandevõime sihtväärtus (120 MPa). Mõistlik oleks esitada üldtekst ja selle all need 9 erinevat juhtumit.

Alternatiivne arvutus ja tüüp- ehk kataloogilahendused.

Tallinn on alates 2016 kasutanud tüüpkatendeid (nüüd nimetame neid kataloogikatenditeks). Need on konstrueeritud Soome reeglite alusel ja kataloogis on antud igal kihil kandevõime väärtus mõõdetuna plaatkoormuskatsega. Loadmani ja Inspectori näitudel puudub otsene seos plaatkoormuskatse tulemustega, kaudne seos on olemas Taani koolkonna kergdeflektomeetrite (LWD) mõõtetulemuste ja plaatkoormuskatse vahel, kuid see ei väljendu otseselt üleminekuteguriga vaid on pigem kirjeldatav tabelikujul. Seetõttu, asendada ”korrutatud üleminekuteguriga” tekstiga ”teisendatud võrreldavaks”. Ka on võimalik, et projekteerija kasutab teiste riikide norme, antud juhul, Soome norme (vt: MKM määrus 106) millisel juhul on projektis võimalik ette anda konkreetsed ja mõõdetavad väärtused. Seetõttu lisaks tüüpses tekstis peale kandevõime sihtväärtust väljendi ”kui projekteerija ei ole sätestanud teisiti”. Selline lahend tagaks määruse vastava osa rakendamise võimalikkuse ka siis, kui muutuvad projekteerimise alused vastavuses teede projekteerimisnormi muudatustega.

Olukord, kus projektis valitud eeldused ei ole praktikas täidetud, millisel juhul FIDIC reegleid järgides, otsustab insener.

Esmalt olukord, kus aluspinnase kandevõime on väiksem, kui projektis eeldatud. Sel juhul on vajalik kas aluspinnase tugevdamine, asendamine või kavandatud kihtide suurendamine kui tehniliselt võimalik (lisatöö). Muudatuse ulatus sõltub otseselt mõõtetulemustest mistõttu on põhimõtteliselt vaja lahendada muudatuste protsess. Sama alajaotusega saab lahendada olukorra, kus rajatud kihil mõõdetud kandevõime ei ole piisav ning lahenduseks võib olla kas juba tehtu asendamine või kui geomeetria lubab, muudatused veel ehitamata kihtide paksustes ja materjalides.

Ning teine olukord, mis tuleb tihti ette rekonstrueerimisel, kus projekti järgi tuleks asendada olemasolev hea materjal samaväärsega ka siis, kui olemasoleva kihi kandevõime ja omadused on piisavad (mittevajalik töö ehk sääst). Ka siin sõltub otsustusprotsess mõõtetulemustest, kuid neid mõõtmisi ei saa teha määruses sätestatud Loadman ja Inspector seadmetega. Need lihtsalt ei ole selleks mõeldud.

About The Author

Scroll to Top