Artikkel – Soome normid ja katendi projekteerimine

  • Post author:
  • Post category:Artiklid
  • Post last modified:10. märts 2021

Miks me üldse Soome normidest räägime? Eesti kehtiv katendite projekteerimise regulatsioon tugineb NL 1983 juhisele ning sellel on palju puudusi. Ei ole Soome juhis ka ideaalne, kuid nii mõneski on ta selgem ja konkreetsem. Maanteede projekteerimisnormi (MTM määrus 106) järgi tohib tellija nõusolekul kasutada teiste Euroopa riikide, sh Soome, norme ja juhendeid. Nüüd on muudetud ka MTM määrus 101 (kvaliteedinõuded) mis tegelikult seda piiras seeläbi, et otseselt olid sees filtratsiooniga seonduvad nõuded ja määratlused. Täna neid enam ei ole ja seetõttu on võimalik teid ja tänavaid projekteerida ka Soome reeglite alusel. Rakendades neid ka osaliselt!

  1. Soome juhenditena käsitleme 2004 juhendit, mille juures on arvestatud maksimaalse täismassiga kuni 60 tonni 7-teljelisel sõidukil ja 2018 juhendit, mille puhul maksimaalne täismass on kuni 76 tonni 9-teljelisel sõidukil. Need teljed mis ei ole juhitavad, peavad olema paarisratastega.
  2. Eestis kehtivad täismassi reeglid lubavad täna kuni 40 tonni viieteljelistel, kuni 44 tonni kuueteljelistel, eriloaga 48 tonni 6-teljelistel ja 52 tonni 7-teljelistel kooslustel. Samuti paarisrataste nõuded (st haagiste põhiratastel ei ole super-single, kuigi kolmeteljelisel telikul üks telg võib kuna see kahandab sõiduki pööramisel nihkepingete mõju katte pinnal). Üldine teljekoormuse piirang 10 tonni, veoteljel 11,5 tonni on kehtestatud üle-euroopalisena ja seda ei ole kavas muuta. Arengud saavad olla vaid täismassi suurendamises läbi telgede arvu ja auto kogupikkuse suurendamises, tõenäoline piir on EMS 25,25 meetrit. Eesti plaanid on 60 tonni 8-teljelise lubamisele. 4+4 20,75 meetrit. Neljateljelise veduki piiriks on täna 32 tonni (kasutatav kraanadele, määruses fikseeritud – kaks juhttelge), haagisel on kolme ja enama teljega 24 tonni – tõenäoliselt võiks neljateljeline haagis olla veidi suurema täismassiga, seega 30+30 on põhimõtteliselt loogiline piirväärtus. Teoorias 32+32 mis annab võimaluse 60 piires 28+32…32+28 vahel liikumiseks. 
  3. Siirdetegurid Soome juhises on toodud lähtuvalt normtelje (10 tonni paarisratas) rehvirõhust 700 kPa. Seetõttu ei ole mõistlik võrrelda soome siirdetegurit otseselt eesti omaga kuna meie standardtelje rehvirõhk on 600 kPa, samuti tuleb arvestada et soome juhises on kasutatud täiendavat parandustegurit kitsamate muldkehade jaoks. Seega ei ole KKL (kuormituskertaluku) miljonid normteljed otseselt võrreldavad meil kasutatavatega. Kehtivad siirdetegurid arvestavad rehvirõhu tegeliku muutusega, kuid ei arvesta reaalsete teljekoormuste ja ka täismassi väärtustega – ühest uuringust selgus, et kui jagada tänased ülenormatiivsed koormused (nii telje kui täismassi ületamised) samaliigilistele veokitele normi piires koormamisega, ning võrrelda tänaste koormuste järgi arvutatud normtelgi, siis reaalsete koormustega vajame 1,9 korda tugevamaid katendeid kui need, mis on vajalikud täpselt sama suure tonnide koguse jaoks normikohaste vedudega (jah, läbikute arv ehk kilomeetrid on suuremad, kuid et standardteljele taandamisel kasutatakse astmefunktsiooni, ongi teekonstruktsioonile soodsam pigem vähem koormatud kuid rohkem kilomeetreid).
  4. Soome normid (2004) kasutasid valemit:

KKL = L * (2,9*AR + 0,8*VB)*7300, kus 7300 on 365*20 ja L on tegur mis arvestab sõiduraja ja teepeenarde kogulaiust st raja vasakust äärest mulde nõlvani ja juhul, kui see on vähemalt 5 meetrit, on tegur 1,0. Kitsama ristlõike puhul L väärtus üldiselt 1,4. AR ja VB on vastavalt autorongide arv ööpäevas ja soolo-raskesõidukite (veoautod, bussid) arv ööpäevas 10-ndal aastal.

Seega, see valem eeldab maksimaalselt lubatavana 60 tonni 7 teljega (sõidukid on pikemad). Tegur L on Soome eripära (mujalt ei ole sellist leidnud), kuid tegemist on kitsast muldkeha kaitsva võttega. Juhendis räägitakse seejuures 1:3 või laugemast nõlvast, kui peaks olema 1:1,5 kaldega nõlv, tuleks tõenäoliselt seda koefitsienti täie rauaga rakendada.

Märkused:

  • Kui keskpiire on rajale lähemal kui 1,5 m vähendatakse raja laiusest 1,5 m – piirde kaugus (näiteks, kesk-peenar 0,75 rada 3,5 välis-peenar 1,5 peaks andma kogulaiuseks 5,75 kuid tehte tulemusel on see 4,25)
  • Betoonpiirdel peenra laiusest võetakse maha 1 meeter
  • Teraspiirdega ristlõikes (1:1,5) kui peenar on 0,25 piirde ees ja 0,75 piirde taga, vastab see arvestuslikule 1:3 nõlvale, kuid 0,25 kaugust piirdeni ei arvestata

Kontseptsioon L rakendamiseks on maailmas unikaalne (ei ole kohanud mujal). Võttes võrdluseks Eesti kehtivast projekteerimisnormist tee laiuse tabeli, saame L väärtused normikohaste laiuste korral, lihtsustades valikut nii, et ei arvestata nõlva kallet:

    • Kiirtee – 3.75+3,5 = 7,25 L=1,0
    • I klass – 3,75+3,0 = 6,75 L=1,0
    • II a – 3,75+2,25 = 6,0 L=1,0
    • II b – 3,50+1,00 = 4,5 L=1,4 kuid keskpiirde tõttu L=2,0
    • II c – 3,25…3,75+1,5 = 4,75…5,25 L=1,0 kuid keskpiirde tõttu L=1,4
    • III – 3,50+1,50 = 5,0 L=1,0
    • IV – 3,0+1,5 = 4,5 L=1,4
    • V – 3,0+1,0 = 4,0 L=1,4
    • VI – 3,0+0,5 = 3,5 L=2,0

Siit saab üldistada, et kiirteedel, I klassi teedel ja keskpiirdeta II-III klassi teedel normikohastel laiustel parandustegurit ei kasutata. Kui kuskil on koonerdatud või kasutatud keskpiirdeid, tuleb konkreetselt kaaluda parandusteguri rakendamist.

Soome normid (2018) kasutavad valemit:

KKL = L * (3,2*AR + 0,9*VB)*7300

See valem (siirdetegurite väärtused) eeldab maksimaalselt lubatavana 76 tonni 9 teljega (sõidukid on pikemad).

Siit tulenevalt:

  1. KUI me võtame sihiks, et meil lubatud maksimaalne täismass võiks olla kuni 60 tonni ja seda 8 telje puhul, võiks eeldada, et Soome siirdetegurite süsteemis peaksime kasutama autorongidele väiksemat siirdetegurit – 2,9. Veoautode ja busside osas jääksin 0,9 peale sest siin ei ole muutust olnud ja see 0,9 vs eelnenud 0,8 kajastab pigem super-single rehvi levikut ka sooloveokitel. Soolosõidukid on senise statistika järgi pigem kahanev klass, kindlasti on võtmeküsimuseks autorongid.
  2. Tehnilised piirangud mis katendi aspekte ei liiguta: Tuleks silmas pidada veel seda, et Soome juhises[1] nõutakse, et üle 44-tonnisel kooslusel peab juhul kui vedavate telgede koormused kokku moodustavad alla 18% autorongi täismassist, olema vedavate rataste lukustus (pelgalt ühe veotelje difrilukust ei piisa). Need nõuded tulenevad vajadusest libedal liikuma saada.
    1. Kolmeteljeline telik, kui telgede vahekaugus vähemalt 1,3 m ja vähemalt kaks telge paarisratastega – lubatud 27 tonni (meie reeglites – 24 tonni)
    2. Neljateljeline auto – 31 tonni; kui ühelgi teljel pole üle 10,5 tonni ja kõik vedavad teljed paarisratastega – 35 tonni (12 m)
    3. Viieteljeline auto – 42 tonni (12 m)
  3. Tavalised sõidukid tänases Soome seaduses
    1. Auto ja poolhaagis – 48 tonni (16,5 m)
      1. 2+3 – 42; 3+2 – 45/46; 3+3 – 48 (16,5 m) /vastab meie tänastele nõuetele/
    2. Auto ja kesktelghaagis – 44 tonni (3+3; 18,75 m)
    3. Kõik võimalikud täishaagised ja kombinatsioonid (kogupikkuses kuni 22 m)
      1. 4 telge – 36
      2. 5 telge – 44
      3. 6 telge – 53
      4. 7 telge – 60
      5. 8 telge – 64
      6. 8 telge JA vähemalt 65% haagiste massist paarisratastel – 68
      7. 9+ telge – 69
      8. 9+ telge JA vähemalt 65% haagiste massist paarisratastel – 76

Märkus: 6- ja enamateljelistel kooslustel ei arvestata telge, mille koormus on alla 5 tonni

4. Sillareegel: kõigil üle 44 tonnistel sõidukitel, ei tohi täismass ületada väärtust, mille saame kui 20 tonnisele baasväärtusele lisame 3,2 tonni iga meetri kohta, mille võrra ületab esimese ja viimase telje vahekaugus baaspikkust 1,8 meetrit. Siit tulenevalt, peab 60-tonnise koosluse kasutamiseks telgede vahe olema L=(60-20)/3,2 + 1,8 = 14,3 meetrit. Usun, et 20,75 täispikkuse puhul esimese ja viimase telje vahe on umbes 16 meetrit (1,75 ees ja 3 meetrit viimasest teljest taga), seega see piirama ei jääks.

5. Soome juhendites on koormusest tulenevad nõuded Odemarki valemiga arvutatud tulemusele astmelised, tasub kaaluda kas kasutada ära justnimelt originaalis astmelisust või tekitada funktsionaalne seos, tuginedes just toodud astmete maksimumpiiridele (tabelis toodud liiklussagedused (AKÖL10) 2+2/1+1 ristlõikele ning vajalik kandevõime killustikalusele või tsementstabiliseeritud alusele. Killustikalusega samasse gruppi loetakse ka räbukillustikust stabiliseeritu, seega kompleksstabi on mõistlik antud kandevõimenõude kontekstis lugeda võrdseks killustikalusega.

(2018)AKÖL10 (tuh.a)Kild/TS(2004)AKÖL10Kild/TS
KKL 602+2/50+540/545   
KKL 252+2/20-50; 1+1/14-35470/520KKL2520k+/14k+475/520
KKL 102+2/<20; 1+1/6,7-14415/495KKL1012-20/8-14420/490
KKL 53,0-6,7360/470KKL63-8360/465
KKL 21,3-3,0285/420KKL 21,3-3,0265/420
KKL 0,80,45.1,3230/400KKL 0,80,6-1,3230/390
KKL 0,3<0,45170KKL 0,4<0,6170

Nagu näha, ei erine samale liiklussagedusele ja koormusele arvutatud tulemused märkimisväärselt (muutused on 5 MPa tasemes), lisandunud on KKL60 ja veidi muutunud KKL 0,8 alumine piirväärtus. Seega, kui aluseks on võetud keskmine raskeliiklus ja ei täpsustata seda sõidukite koosluse järgi, pole olulist muutust. Juhiks veel tähelepanu asjaolule, et siin toodud kandevõime väärtused (megapaskalid) ei ole otse võrreldavad KAPis kasutatavate nõukogude megapaskalitega. Samas, on Soome juhiste järgi võimalik võrrelda arvutustulemusi mõõtmistulemustega – tegemist on orientiiridega (sihtväärtus), mitte vastuvõtutingimusena sisse kirjutatud kohustuslike väärtustega.

Kontrollarvutused on tehtud konkreetse objekti baasil (T3 km 190-200)

Liiklusprognoos (baasprognoos) 3830 ja koormussagedus KAP jaoks 1287 normtelge; Soome juhise kasutamisel AKÖL 10 – 3559 ning raskeliiklus 75 VAAB ja 377 AR. Selle alusel tuleks katend valida KKL5. Tegemist on rahvusvahelise trassiga, kus raskeliikluse osakaal on suurem kui keskmisel Soome maanteel samas liiklusintensiivsuses, seega on mõistlik andmete olemasolul juhinduda ikkagi koormusest – prognoosist sõidukiliikide lõikes (otsese liiklussageduse kasutamine on mõeldav, kui sõidukite liigilise jaotuse info puudub või pole see usaldusväärne). Konkreetsel juhtumil 2004/2018 juhendite vahe ei ole ka suur – mõlemal juhul jääb koormus 5 miljoni telje juurde. Soome juhist rakendatakse astmeliselt – näiteks, KKL5 valitakse kui koormus on vahemikus 2 kuni 5 miljonit telge. Siiski võiks läheneda valemitega.  Analüüsides eeltoodud tabelit, saame vajaliku kandevõime jaoks lähtuvalt koormussagedusest valemi E=72,908*ln(KKL)+242,17 – kus KKL on miljonid normteljed, arvutatuna ilmselt 2004 juhendis toodud siirdetegurite põhjal. Tegemist on esmase analüüsiga, lõplikud järeldused eeldavad, et kogu loogika saab veel üle kontrollitud.

Odemarki valem on mõlemas juhendis ilusti ära toodud, samuti materjalide ja pinnaste arvutuslikud elastsusmoodulite väärtused. Need erinevad märkimisväärselt Eestis seni kasutatutest. Kuumad asfaldid on võrdselt 2500 MPa ja “korraga” paigaldatuna loetakse need üheks ühtseks kihiks. Eesti juhises on küll poorse asfaldi (AC base) moodul veidi väiksem ja SMA suurem kui soome oma. Kompleksstabiliseerimisel kasutatakse kahte erinevat väärtust, E-900 kui tegemist on 20-25 cm paksuse kihiga, E-1250 kui kihipaksus on väiksem. Siiski ei tahaks alla 15 cm minna ja optimaalseks loeksin 20 cm stabikihti. Suurem vahe on tsementstabiliseerimisel, kus eristatakse E-1500 kui 7-päevane survetugevus on vähemalt 3 MPa ja E-3500 kui see on vähemalt 5 MPa. Arvestades ka teiste riikide kogemusi, eelistaksin just vahemikku 3…5 MPa millisel juhul peaks olema garanteeritud, et põikpragusid ei teki ka järelkivinemise käigus. Kui minna tugevama segu kasutamisele, saame küll suuremad kandevõimed, kuid põikpragude riski vähendamiseks ehk vältimiseks tuleks kasutada Stabilroad lisandit või analoogi (kulunorm 2% tsemendi kaalust). Mõlemal juhul on mõistlik piirduda kahe asfaldikihiga stabiliseeritud kihil (võib teha ka ühekihilise asfaltkatte, kuid tehnoloogiliselt kahekihiline võib kujuneda eelistatuks seetõttu, et kulumiskihi asendamisel ei freesita vana asfalti stabikihini. Suuremad erisused ilmnevad pinnaste ja materjalide käsitluses. Üks asi on siiski veel stabi puhul erinev – muu maailm püüab optimaalse terastikulise koostise suunas, et kihis oleks võimalikult vähe tühikuid. Meil on täna selles osas kaks erisust – esiteks, arvestame freespuru sõelkõverat pärast ekstraheerimist kuigi külmstabiliseerimisel freespuru seotud terad ju ei pudene ja peenosis freespuru tera sees jääb sinna ka edaspidi. Ning see, et lisatava kivimaterjalina kasutame tavaliselt fraktsioneeritud 16/32 killustikku. Tulemusena jäävad meie segud oluliselt poorsemad, kui näiteks Soome oma. Tõenäoliselt kaasneb sellega ka väiksem survetugevus ja vastupidavus, kuid usun et KS retsepti koostamine muutub lähiaastatel ja saame paremini vastupidavad materjalid.

Pinnased ja materjalid

Soome juhise järgi saame käsitleda kruusa (sora) klassides S1…S4 ja liiva (hiekka) klassides H1…H4, kus liiva ja kruusa vahe määrab 2 mm sõela läbik, liivadel on see üle 70%, kruusadel alla 70%. Klassi numbri määrab peenosiste (alla 0,063 mm) sõela läbik, 1 klassis on see kuni 7%, 2 klassis 8-15%, 3 klassis 16-30% ja 4 klassis 31-50% (peenosiste sisaldus ümardatakse täisarvuks). Materjalid mille peenosiseid on üle 50%, loeme pinnasteks (U-grupp). Tabelis (mis on sama nii 2004 kui 2018 juhises) on toodud külmakerkelisuse näitaja (paisumise protsent külmumisel), mis on S1, S2 ja H1 korral null ja S3 ja H2 korral 3. Nendel pinnastel külmakerget ei arvutata. S4 ja H3 ning H4 korral on see 6%.

Äsja uuendati ka MKM määrust 101, milles ei anta enam kohustuslikku filtratsiooni määramist ja vastavat nõuet, kuna MKM määruse 106 järgi on nõutav siiski ülemise meetri materjalide külmakindlus, siis arvestame eeltoodut millest tulenevalt loetakse külmakindlateks S1, S2 ja H1 gruppide liivad-kruusad. Ka Asfaldiliidu Maanteeametile esitatud ettepanekud, mis olid aluseks M101 muudatusel, tuginevad samale loogikale.

Konkreetse katendi dimensioneerimisel selgus näiteks, et juhul, kui aluspinnased liigituvad A või B gruppi KAP järgi, on sel teel saadud katendid võrdväärsed (siis, juhindudes siirdeteguritest 2004 juhendis mis kehtivad kuni 60-tonniste sõidukite lubamisel ja mitte trepilaadse lähenemise vaid sujuva logaritmvalemi järgi leitud Evaj tasemega), kui aluspinnas liigitub C või D gruppi, siis sõltub lugu ka Soome liigituse täpsemast jaotisest.

Võttes kokku – filtratsiooninõudest (EVS 901-20) loobumisel rakendame külmakindlusnõuet sõelkõvera määratluse alusel, teekonstruktsiooni ülemises meetris ei kasutata sidumata materjale mille peenosiste sisaldus on üle 7% ning vahemikus 0,5-1,0 meetrit ei tohi kasutada materjale, kus on üle 15% peenosiseid. Nii uuel teel kui rekonstrueerimisel tehakse KAP järgi külmakindlusarvutused, millest selgub olemasolevate pinnaste/materjalide asendamise vajadus. Kui seda vajadust ei ole, ei pöörata ka Soome normide rakendamisel tähelepanu olemasolevate kihtide peenosise sisaldusele (võimalikud külmakerked on lubatu piires). Uusehitusel võib sügavuses 1,0-1,5 m kasutada materjale, mille peenosisesisaldus on kuni 30% (juhul kui KAP külmakerge jääb lubatu piiresse). Sügavamates kihtides (allpool 1,5 m töökihti) võivad määravaks kujuneda võimalikud vajumid, kuid ka selles osas uutele materjalidele täiendavaid nõudeid ei esitata.

See asendaks praegust reglementi, mille kohaselt: töökiht (1,5 m) on dreeniv; ülemine meeter külmakindel, dreenkiht on vajalik kui ülemises meetris on materjal filtratsiooniga alla 0,5 m/ööp ning sel juhul peab dreenkiht olema liivast filtratsiooniga vähemalt 1 m/ööp. Iseenesest juba vastuolulised nõuded sest samas on dreenivaks loetud 0,5 m/ööp. Ja külmakindel võib olla ka väiksema veejuhtivusega.

Laiem mõte asjal on selles, et esiteks, dreenkiht peaks vast olema sügavamal ja kate korralik, millisel juhul võiks muldkehas vahepeal kasutada ka pinnaseid/materjale mis ei ole külmakindlad, kui vett alt ega ülevalt sinna ei pääse. Ning, killustikaluse kihi all ei tohiks olla nõrgad materjalid, paraku hästi vettjuhtivad liivad on nõrgad.

[1] https://finlex.fi/fi/laki/alkup/2013/20130407#Pid1923449

Ain

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