RB on koostanud juhise (Raudtee Tehniline Kirjeldus), kus määratakse täpsemalt, milliseid materjale tuleb kasutada ja kuidas tagada tööde kvaliteet. Juhise koostamisel on juhindutud raudteestandardist UIC 719R ja selle uuemast versioonist 70719. Kuna hanked põhitrassi teemas käivad, siis peab keegi pakkuja kahtlased asjad ära küsima sest kui küsitud ei ole ja leping alla kirjutatud, siis on juba raske asju muutma hakata. Siiski, on siin tõenäoliselt üks kokkulepete koht olemas – see on peale lepingu sõlmimist, kui tuleb esitada oma töökava kus on kirjas mida ja kuidas ehitada kavatsed ja kvaliteedi tagamise plaan, kus kirjas, kuidas ja millega mida mõõta kavas. Kui need asjad kooskõlastatakse, on edasi lihtsam. Kui ei, on väga raske vaielda sest tingimused on projektis ja lepingus juba alla kirjutatud.
Terminid ja materjalid
Muldkeha termin viitaks, et see ehitatakse mullast. Tegelikult see nii ei ole, sest ehitamiseks tohib kasutada pinnaseid ja materjale, kuid lubatud huumusesisaldus on piiratud ja huumus just ongi see mis mullast mulla teeb. Pinnas on miskit looduslikku, materjal on juba toodetud, võimalik nii looduslikust kui tehislikust lähteainesest (tegemist on laiema probleemiga ja muldkeha mõiste on kahjuks liiga juurdunud aga ette see tuleks võtta).
Raudteejuhis sätestab ilusti peenosiste sisalduse järgi, mida kus kasutada tohiks, pinnased (ja osalt ka materjalid) jagunevad nelja kvaliteedikategooriasse QS0…QS3. Vaid QS0 kategoorias tohib huumussisaldus olla üle 2%.
Valdavalt on seega vaja kasutada materjale, mis on kategooriatest QS2 (ebaühtlased ehk 5…15% peenosist kui Cu>6; ühtlased kuni 5% peenosisega kui Cu<6; kivimaterjalid LA40) või QS3 (ebaühtlased kuni 5% peenosist; kivimaterjalid LA30). QS1 on pinnas kus 15…40% peenosist või pehme kivimaterjal LA>40 nagu aheraine ja seda igale poole panna ei tohiks.
Sidumata segude all mõistetakse segu jämetäitematerjalist (min terasuurus 4 mm, LA30…40) ja peentäitematerjalist (kvartsliiv, max terasuurus 8 mm ja peenosist kuni 5%). Eraldi on kirjeldatud, et peen või fraktsioneerimata täitematerjal, mis on toodetud kivi purustamisel (nt sõelmed) ei ole lubatud. Paekiviliivaks nimetatud toode ei kvalifitseeru kuidagi kvartsliivaks ning selle terasuurus on 0,063…4 mm ja seega ei ole see ka jämetäitematerjal. Lisaks leidub standardites soovitus mitte materjale segada. Ehitamiseks kasutatakse vaid looduslikke materjale. Tööstuslikke kõrvalsaadusi või ringlussevõetud materjale võib kasutada ainult kokkuleppel OJV ja/või Tellijaga. Kas paekiviliiv liigitub tööstuslikuks kõrvalsaaduseks? Mu meelest ei, see on killustiku üks vorme aga EVS-EN 16907-2 järgi saab seda liigitada ilusti. Kokkulepe on vajalik, kuid mis saab kokku leppimisel olla diskussiooni objektiks või kasutuskeelu aluseks?
Aga jätame selle materjaliteema siiski hetkel kõrvale, sest siinjuures on mu põhitähelepanu tihendamise kontrollil ja kandevõime mõõtmisel.
Teine oluline teema, et kus paikneb külmakaitsekiht (frost protection layer). Raudteestandard (UIC 719R või selle järglane UIC 70719) näeks seda ette muldkeha ülakihi (prepared subgrade) ja alusballasti (sub-ballast) vahele, RTK juhend aga sisuliselt muldkeha koosseisu – ülakihi (prepared subgrade) ja mulde tuuma (core) vahele. Ega muidu sellest probleeme poleks, kui nende kihtide nõuded ei erineks. Iseenesest on külmakaitsekihil ka filterkihi roll ja sel juhul kaitseks ta alusballasti alt peenosistega risustumise eest. Ülemiste jaama projektis on külmakaitsekiht aga lükatud muldkeha alla, vastu aluspinnast. Sellest me päris hästi aru ei saa. Muldkeha all on vaja pigem kapillaartõusu takistavat kihti mis võiks ka filterkihi rollis olla. Kuid see sõltub juba sügavusest, kui sügaval projekteeritud pinna suhtes kiht paikneb.
Materjalide proovivõtt ja katsetamine.
Proovide võtmine ja katsetamine toimub kohaldatavate standardite ja meetodite kohaselt. Proovide võtmine ja vähendamine toimub standardite EN 932-1 (metoodika – ei sisalda juba tihendatud kihist võetavat), EN 932-2 (proovi vähendamine ja katsetamine) ja EN 13286-1 (katsemeetodid) kohaselt, Kus on fikseeritud standard või meetod tihendatud kihist proovivõtmiseks? Tegelikult ei ole seda ka Transpordiametil, lepitakse vaid kokku, et töövõtja juuresolekul võetakse proovid ning kui töövõtja ei protesteeri siis hea pärast kinnitada et ise olid nõus. Aga reglement? Milleks? Lepingud on ju ühepoolsed, et lepingu sõlmimisel puudub töövõtjal oluliste paranduste tegemise võimalus.
Tihendustegur
Paigaldatud kihil tuleb kontrollida iga 20 m taga tihendustegurit Dpr, eesmärgiks on saavutada 97% standard-proctori tihedusest (ballastikihi all 103% std-proctorist ja sub-ballasti all 100%). Kontrolliks objektil võib kasutada kolme standardiseeritud meetodit – liivakoonus (ASTM D1556), radioaktiivne ehk Troxler (ASTM D6938) või kummiballoon (DIN 18125-2). Juhiks tähelepanu nõudele, et väljas tuleb saavutada just 97% laboratoorsest (standardsest) Proctori tihedusest (muldkeha ja külmakaitsekiht). Mulde vahekihis nõutakse 100% standardsest Proctorist ja alusballastis (ballastkillustiku all) 103% standardproctorist.
Kui me loodame kasutada paekillustikku või sellest tehtud tooteid, siis see laboratoorne Proctori katse lõhub materjali, terakoostis muutub ehk peenosiste sisaldus tõuseb oluliselt. Lõhub rohkem, kui seda on võimalik vibraator- või güraatortihendajatega, mis samuti laboratoorsed seadmed. Kusjuures need mõlemad, eriti vibraatortihendaja, on lähedasemad välitingimustes teerulli või vibroplaadi toimele materjalide suhtes. Katsed (sh Hardo Pajuse magistritöö, TTÜ 2020) on näidanud, et purustatud kivimaterjalidel (purukruus ja paekillustikud) maksimaalne vibraatoriga saavutatav tihendustegur jääb 90-92% tasemele standard-proctori suhtes. Seega objektil saavutatav 97% nõue ei ole paekillustikutoodete puhul lihtsalt reaalne. Kui spetsialistid väidavad, et erijuhtudel on ju võimalik milleski kokku leppida, siis tahaks näha neid punkte, mille alusel juhendis toodud tingimused ei ole kohustuslikud, ehk siis, mis võimaldaks kokkuleppeid. Jah, kui sellised tingimused sisalduvad ehituslepingus ja selle lisades. Kas ja kui palju päästab materjalide segamine (lisatav liiv täidaks killustiku poorid), vajaks veel tõestamist – koos selle segamise mõjuga mõõtetulemustele, eriti kandevõime osas.
Vibrotihendus on võimalik näiteks vibrohaamriga otse proctori-vormis vastavalt standardile EVS-EN 13286-4:2021. It provides an alternative method for the compaction of soil samples in the determination of dry density/moisture content relation (called Proctor), unconfined compressive strength of stabilized soils and CBR tests. This hammer is also used for the compaction of asphalt in the percentage refusal density and for compacting concrete cube or beam samples.
InfraRYL Lisa 2 sisaldab parema sõnastuse: Tiivistettävän materiaalin vertailuarvot, optimivesipitoisuus ja enimmäiskuivairtotiheys, määritetään laboratoriossa sullontakokeella ennen tiivistyksen aloitusta. Sullontakoe voi olla standardin SFS-EN 13286-2 mukainen modifioitu (käytetään myös termiä parannettu) Proctor- menetelmä, kiertotiivistysmenetelmä tai tärypöytämenetelmä (SFS-EN 13286-5). Kiertotiivistysmenetelmää käytettäessä on tunnettava menetelmän korrelaatio Proctor-menetelmän kanssa. Kiertotiivistimellä saadut tulokset on varmistettava Proctor-sullonnalla, jos suunnitelmissa on niin vaadittu. Vaihtoehtoisesti vertailuarvot voidaan määrittää koetiivistysrakenteella tiivistystyön aikana tai erillisellä koerakenteella. Selle järgi tohib laboratoorsel võrdlustihendamisel kasutada lisaks Proctorile (sobib kuni 63 mm terasuurusele) ka güraatortihendust (SFS-EN 12697-10 mida reeglina kasutatakse asfaldisegude laboratoorsel tihendamisel) või vibrolauda (max 80 mm terasuurusel ja peenosisesisaldusel kuni 12%).
Seega, kui võrdlusbaas tihendada laboris mitte Proctoriga vaid näiteks vibraatortihendamisega, saaksime poole probleemist lahendatud. Teine pool on jätkuvalt üleval, et millega siis tihedust (NB! mitte tihendust ega tihendamise kvaliteeti vaid otseselt väljas saavutatud tihedust) mõõta. Troxler 3440GPS võiks olla sobilik mudel. Kuid “tänu” radioaktiivse elemendi kasutusele, on seadmega seotud lisakulu (USA 2018) ca 10,000 eurot aastas. Mistõttu võiks ka kasutus kujuneda üsna kalliks. Ehk siiski tasub vastuvõtukatsena ära? Kuigi võib olla küsitav suhteliselt poorse materjali puhul (näiteks, ballast või ka alusballast).
Kandevõime
Kandevõimet, ehk poliitkorrektselt nimetatult, deformatsioonimoodulit, tuleks mõõta kord 100 meetri kohta ja plaatkoormuskatsega (DIN 18134 ehk ka EVS 934). Seejuures on sätestatud nõutava Ev2 väärtuseks peenpinnastel 45 MPa, liival-kruusal 60 MPa ja töödeldud (loe: stabiliseeritud) kihtidel 80 MPa. See tundub loogilise nõudena. Suhtarv Ev2/Ev1, mis pigem näitaks tihendamise kvaliteeti, ei tohi olla üle 2,5. Ballastikihi all (ballastialusel) on nõue Ev2 – 120 MPa ja selle sub-ballasti all 80 MPa. Kas need asjad ka saavutatavad on, sõltub pigem sellest, mis materjale kasutatakse.
Ei usu, et kogu aeg kontrollitaks just plaatkoormuskatsega – nõuded on fikseeritud muldkeha pealispinna kohta, üsna selge et kuskil tuleb ka kergseadmeid kasutada – ilmselt siis just allpool paiknevates kihtides. Seejuures on kirja pandud et tohiks kasutada nii FWD kui LWD seadmeid (seosed plaatkoormuskatse või Proctor-tiheduse saavutamise tasemega tuleks eraldi tõestada). Loetletud standardid samas dokumendis viitavad küll (ASTM E2835) Saksa koolkonna LWD seadmele (Zorn, HMP ja teised), kuid Taani koolkonna LWD (ASTM E2583) või FWD (ASTM E4694 ja E4695) standardi viiteid pole, rääkimata sellest et Inspectori ehk Loadmani kohta pole ka vastavaid standardeid. Loadmani kohta on küll olemas Soome regulatsioon PANK-9001, Inspectorile pole sedagi. Ilmselt on võimalik kasutada ka teisi seadmeid (nii Soome kui Taani koolkonnad), kui need eelnevalt võrreldakse plaatkoormuskatsega antud konstruktsioonikihil ja korrelatsioon on piisavalt hea (vajalik korrelatsiooni tase on toodud Inglise normides/juhendites).
Mooduli mõõtmiseks (Mr ehk modulus resilient) saab kasutada ka teisi meetodeid, nagu DCP (Dynamic Cone Penetrometer) ehk penetromeeter. Eestis on levinud 2,5 kg raskusega penetromeeter mida Englo toodab (Beldornii D-51 koopia) ja liivadel (materjali 5…10 mm sisaldus ei tohi ületada 15% ja ilmselt jämedamat kraami ei tohigi olla) kasutatakse, kuigi siin leitakse löökide arvu alusel mis oli teatud vajumi jaoks vaja, tihendustegur – mitte moodul. USA kasutab 8-kilost seadet (ASTM D6951), mida tohiks pruukida siis, kui materjali max terasuurus on alla 2 tolli (5 cm). Erinevad seosed peeneteralise ja jämedateralise materjali jaoks. Näiteks Gilson Company SF-20 maksab ca 2500 dollarit ja sobib mõõtmiseks kuni CBR 100 pindadel (CBR – California Bearing Ratio, 100% = sealne paekillustik) – kaheraskuseline seade, et kuni CBR-10 võib 4,6 kiloga kasutada. Viis lööki, kaks sängitust kolm mõõtmist. Englo seadme kasutuspiir on madalam, piirdudes selgelt ainult liivadega. Veidi lahtiseks jääb, KAS see seade on tihendusteguri või kandevõime seade, sest tundub et valemite alusel saab mõlemat, kuigi igale erinevale materjalile on valemid (ehk nomogrammid) erinevad. Olemas on standard, järelikult võiks kasutada – kuigi standard ei kuulu raudteejuhises loetletute hulka.
Inspector? Kui keegi loodaks, et Transpordiameti eeskujul (vt: MKM määrus 101), võiks Inspectoriga tihenduskvaliteeti kontrollida, siis seda teemat oleme ka varem kajastanud. Määruses on kasutatud tüüpset sõnastust, kusjuures tihendustegur on toodud välja vaid liivpinnasest dreenkihil, alljärgnevalt: Liivpinnasest dreenkihi tihendustegur, mis on pinnaseskeleti tegeliku mahumassi ja sama pinnase optimaalse niiskuse juures määratud maksimaalse mahumassi suhe, peab olema vähemalt 0,98. Liivpinnasest dreenikihi elastsusmoodul, mõõdetuna teel LOADMAN- või INSPECTOR-tüüpi seadmega, peab olema vähemalt 65 MPa.
Kas siit saab järeldada, et 65 MPa Inspectoril vastab tihendustegurile 0,98? Teades natukenegi seadmete tööpõhimõtteid, võib sellises väites tõsiselt kahelda. Mõõdetava elastsusmooduli number võiks nendel seadmetel kirjeldada antud pinnase/materjali maksimaalselt saavutatavat elastsusmooduli väärtust seadme endaga katseseeria käigus ületihendamise korral, kuid kindlasti mitte tihendustegurit.
Loadman? InfraRYL/MaaRYL (need kaks dokumenti sulatatakse üheks, niigi vaid digitaalkujul ja numeratsiooni on juba kokku viidud) kajastab Loadmani kergseadme kasutust vaid tihenduskontrollis, kus jälgitakse suhtarvu Emax/E1 ja mõõteseeriast jäetakse välja vähim ja suurim suhtarvu tulemus. Loadman sobib kasutuseks algtäite tihenduskontrolliks 132 mm tallaga (max koormus) ja vajalik mõõtepunktide arv on kuni 25 m2 pindala puhul 4, suurema pindala puhul vähemalt 6 mõõtepunkti. Suhtarv ei tohiks olla üle 2,5 ja see vastaks 95% tihendustegurile. Üksikmõõtmise tulemus võib olla vähemalt 92% mis vastab suhtarvule 2,8. [18320.4.1] Kaevise lõpptäite nõuded [18330.4] eeldavad suhtarvu mitte üle 2,9. Kergseadme kasutust käsitletakse ka hoonete ehituse osas [18341.T1], kus 95% tihendus vastab suhtarvule kuni 2,5 ja 97% suhtarvule kuni 2,2.
Loadmani mõjusügavuseks on kirjeldatud 1,5D ehk 132 mm talla korral 20 (kuni 30) cm. Täpsemad suhtarvud ja tingimused on toodud MaaRYL’i tabelis [18341:T2] (allikas: AL Engineering 2009 ja 2020)
Niipalju siis Loadmanist ehk tegelikult ka Inspectorist ja tihendusteguri mõõtmisest. Inspector on küll Loadmani kloon (ehk siis, kopeeritud ja veidi kohendatud et patendikaitse alla mitte sattuda), kuid kalibreeritav just Loadman originaalseadmega. Ei mõista miks Inspectoril seda suhtarvu mõõteseeria käigus muutustest võrreldakse viimase kolme löögi keskmise ja teise löögi tulemuste suhtega. Anssi Lampinen (Loadmani konstruktor ja tootja) kinnitas, et eraldi sängituslööki ei ole vaja sest seadme paikapanekul juba liigutatakse alust piisavalt et sängitada. Tulemuseks on suhtarvud täiesti erinevad. Juhises MA 2006-41 on tabel 5, mis räägib hoopis erinevatest numbritest võrreldes eeltoodud tabeliga. Tõsi, amet on ühe uurimistöö tellinud millest loodetakse, et saaksime selle kahtlase juhise asendada. Aga see ei valmi enne 2024 aasta lõppu.
Doktorid (Aavik/Talviste) on küll Transpordiametile saatnud kirja et see tabel kui eksitav juhendist kustutada, kuid miskit juhtunud ei ole. Kasutatakse aga Inspectorit üldsegi mitte viidatud suhtarvu vaid mõõdetud elastsusmooduli alusel – meetod mida ka Loadmani konstruktor põhimõtteliselt võimatuks loeb.
Transpordiameti Muldkeha ja dreenkihi juhendis (MDPERJ, 2016/2020) on kaks väga huvitavat punkti:
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.
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.
Siit järeldub, et elastsusmoodulite suhte mõõtmise teel saame kontrollida materjalikihi TIHEDUST. Tihedus ehk tonni kuupmeetris. Aga me ju ei kontrolligi suhet vaid mõõdetud elastsusmooduli suurust, mis peab “dreenkihil” olema 65 MPa. Või siis mõnes teises projektis 80 ja 120 väärtusi. Stultoloogia? Erinevaid kontrollimeetodeid, sh kõik eespool mainitud kolm tiheduskontrolli, erinevatel materjalidel, sh paekillustikul – on võrreldud 2018 USA uurimistöös mida tasub põhjalikumalt lugeda.
Käesolev mõttearendus on koostatud Siim Pauluse magistritöö diskussioonide raames.