Sidumata katendikihtide tööiga

Katendi tööiga on normis (M106/89) määratud minimaalselt 15 aastat püsikatendile, riigiteedel juhisega (ETPJ – MA2017-003) vähemalt 20 aastat. Asfaldikihtide tööiga sõltub tegelikust koormusest, ülakihi ehk kulumiskihi aeg on piiratum, kuna päikesekiirguse toimel lühenevad bituumeni ahelad ja materjal läheb rabedamaks ning tulemusena toimib asfaldikiht mitte enam nii jäigana, vaid puruneb (praguneb) suurema koormuse mõjul või ka külmema ilmaga, lagunemine ka normaalse korduvkoormuse mõjul on kiirem.
Üldine põhimõte on, et iga teekonstruktsiooni kiht elab üle kaks kõrgemal paiknevat kihti – kui asfaldi alakiht kestaks 20 aastat, siis killustikalus võiks kesta 40 aastat. Minnes detailidesse asfaldis, siis kui ülakiht kestab 10 aastat ja seejärel see asendatakse, siis alumise kihi tööiga on 20 aastat. Kui see aeg täis saab, tuleb kõik asfaldid asendada. Kui koormus on suurem, on tavaliselt kasutuses juba kolmekihiline asfaltkate – kulumiskiht kestab 5 aastat, side- ehk vahekiht 10 aastat ja alumine asfalt 20 aastat. Reaalne elu pole nii mustvalge, aga siiski.
Mis on meil reaalne kogemus – kui asfaldi all on paekillustik, siis see ei kesta 40 aastat. Miks? Sel on mitu põhjust, üks neist aladimensioneeritud asfaltkatte paksus, mille tulemusena koormuse mõjul deformeerub kogu asfaltkate ja liikumine killustikaluse ülapinnal purustab killustiku. Degradeerumist saab mõõta peenosisesisalduse (alla 0,063 mm) suurenemisega. Soome normide kohane optimaalse koostisega killustik (nt 0/32) tohib sisaldada kuni 7% peenosist, vana katendi avamisel on saadud ka graniidilt 20% peenosist. Kuid ka normikohaselt dimensioneeritud konstruktsioonis esinevad mitmed protsessid. Niiskus pääseb killustikalusesse, kas läbi defektide asfaldis, läbi teepeenra või hoopis kõrge veeseisu tõttu alakihtidest. Paekillustik imab niiskust ja märjana on nõrgem, külmumisel see üleniiskunud ala puruneb ja muutub ajapikku saviks. Kui ülakihid on korras, on protsess aeglane, kui ülemistes kihtides on praod, pääseb talihooldusest soolane vesi alusesse ja siis on lagunemine väga kiire. Graniidi puhul imab see peenosis niiskust samamoodi kui paekillul ja võib olla külmakerkeline ka juhul kui seda otseselt saviks ei liigitata. Seega niiske graniidipuru võib samamoodi paisuda ja põhjustada külmakerget. Tallinna tüüpkatendites (kataloog) on eeldatud katendi tööeaks 35 aastat mis reaalselt võttes vastab ka konstruktsiooni kapitaalremondile – ilmselt tuleb siis ka alus välja vahetada, vähemalt killustikaluse ülakiht kui see on paekivist.
Ka Soome juhis (038/2018) loeb teekonstruktsiooni kihtide tööeaks 50…100 aastat (katendi arvutuslik tööiga on 20 a) – ilmselt ei ole tardkivikillustiku puhul tehnilist piirangut, kui kihid on eristatud siis säilib ka töövõime pikalt. Isegi pikemalt süvenemata võiks lubada kõvast kivist alusele vähemalt kaks katendit ehk ca 50-60 aastat.

Kuidas aga selgeks teha, kui kaua sidumata kiht aluses kestab? Laboris ja kiiresti sest meile ei anta seda 50 aastat.
Miks laguneb paekillustik? Kaks põhjust, esiteks, oleme kasutanud fraktsioneeritud kildu, kontaktpunktide arv skeletis väike ja pinge seetõttu koormamisel suur. Kui kattekihid on aladimensioneeritud ja koormuse peab võtma vastu killustik, see laguneb (isegi korralikult dimensioneeritud katendi korral on seal all deformatsioonid ja lagunemine, kuid kõik see väga aegamööda). Nulliga killus ehk optimaalses on kontaktpunkte palju ja pinge seejagu väiksem, asi kestab kauem. Kuid jälle, eeldame et kate on piisav. Nulliga paekild ei lase piisavalt hästi vett läbi, paekild imab vett ja külmumisega laguneb. Paekild võib toimida aluse alakihis kui ülakiht on kas stabi või kõva kild. Kuidas toimib 0/32 kus peenosis on kontrolli all? Eeldame, et paremini kuid vist mitte nii hästi kui kõva kild. Küsimus on seega kahes etapis. Ühelt poolt, paekillu asendamine kõva killuga ja teisalt, fraktsioneeritud killu asendamine optimaalsega. Samas tuleb hoida peenosis kontrolli all (soome normis killu max 7% (<0,063 mm), reaalsed katsed ka pestud paekilluga on selle piiri toonud 5% tasemele). Kõva kivi lagunemises on kõik see pinge ja kontaktpunktidega seonduv sama, kuid vahe on selles et niiskus lagunemises rolli enam ei mängi. Kõva kivi ei lähe niiskena pehmeks.

Oletame materjali terasuuruseks 0/32, seda tohib katsetada 150 mm diameetriga Proctori vormis (piiriks on neljakordne max terasuurus). Materjal tihendatakse kihtide kaupa. Vibraatortihendajat kasutades loetakse standardsete haamritega kihi tihendamisega võrdseks 60 sekundi tsüklit. Miski aga ei takista meil viimase tihendustsükli protsessi korrata, näiteks tihendades mitte ainult 60 sekundit vaid näiteks 10 minutit või isegi rohkem (vajab vaid katsetamist, kui hästi see vibraator pikka tsüklit talub, kas liiga kuumaks ei lähe). Tihendamiseks laboris on ka teisi meetodeid - rull millega asfalti tihendatakse näiteks (ei ole haamrikesed ainuke ning see haamrimeetod vastab kõige vähem reaalses elus toimuvate mõjurite iseloomule). Ning teha paralleelkatsed erinevate materjalidega, et selguks suhteline vastupidavus. Absoluutne sõltub paraku nii paljudest parameetritest ja ehk ei ole see ka eesmärgiks.
Et pilt korrektne oleks, tuleks tihendatav materjal enne katsetamist esmalt sõeluda (teha täpne sõelkõver), seejärel uuesti kokku segada ja tihendada. Peale soovitud tsüklite lõppu tuleks uuesti sõelkõver teha et teada saada, mis vahepeal juhtus.

Kuna Dynatest LWD koormustald on samuti 150 mm diameetriga, siis oleme teinud seadmele ka täiendava koormustalla (silindri), millega saab elastsusmoodulit mõõta vahetult Proctori vormis. See tähendab, et katse käigus on võimalik teha elastsusmooduli mõõtmisi soovitud arv kordi, jätkates pärast mõõtmist järgmise vibrotsükliga. Sel teel näeks, kas ja kuidas seeria käigus omadused muutuvad, näiteks niiskusega seonduvalt lisaks materjali kulumisele (vahepealsed katsed et näha protsessi kulgu aegreas). Kas me oleme veendunud, et materjali degradeerumine (terastikulise koostise muutumine, terade ümardumine ehk sisehõõrdenurga muutumine) on otseses seoses vormis mõõdetava kandevõimega - 100% kindlust hetkel ei ole. Küll aga peaksime saama siduda terastikulise koostise elastsusmooduliga ning elastsusmooduli omakorda kandevõimega.
Betooni puhul on teatud arvutusalgoritmides kasutatud mõistet "terminal modulus", mis viitab materjali lagunemisele ja moodul kukub tasemelt 10,000 - 35,000 MPa tasemele 1000-2000 MPa mis ilmselt viitab halvasti seotud, pragunenud materjalile. On ehk põhjust käsitleda fraktsioneeritud paekillustikku analoogselt, kus mooodul langeb materjali lagunedes sisuliselt liiva või isegi savi tasemele.
Vähemalt paekillustiku puhul mõjutab tulemust niiskus, killustik imab vett ja peaks olema niiskena üsna "pehme". Eriti hull on lugu siis, kui tegemist on soolveega. Seega tasuks katsed sellisena komplekteerida, et kuiv koormamine vaheldub märjaga - see ei peaks üldse mõjutama neid materjale, mis vett ei ima. Kunstlikku proovi kuivatamist ei pruugiks, lihtsalt pärast uputatud olekut jäetakse proov vormis mõneks ajaks (ööks, nädalavahetuseks) laboris tahenema enne koormuste jätkamist. Tulemusena võiks saada elastsusmooduli muutumise graafiku, mille järgi killustikust saab aja jooksul pinnas koos vastava elastsusmooduli langusega. Katse kestvuse võib teoorias viia lõpmatusele, kuid kindlasti ei ole ka tardkivimist aluse tööiga lõpmatu - ehk piisaks järeldusest, et "Pakri/Paldiski materjali kasutamisel killustikaluses paekivi asemel pikeneb teekonstruktsiooni kui terviku tööiga vähemalt kahekordselt". Ülakihtide asendamine toimub vastavuses kulumise ja vananemisega. Kuigi, tõenäoline on, et kui alus ei deformeeru, kestavad ka ülemised kihid kauem - ja vastupidi, kui killustikalus ajas pehmeks ja pudiks läheb, suurenevad deformatsioonid ja laguneb asfalt ka koormust oluliselt tõstmata.

Mis materjalidega tuleks teha võrdluskatsed?
- Pakri materjal mis on mineraloogiliselt gneiss (valiks 0/32 kontrollitud sõelkõveraga optimaalse segu)
- standardne graniit 0/32 (mis võiks eelduste kohaselt anda väga lähedased tulemused)
- 0/32 pestud paekillustik (Väo), kus peenosis on alla 5% (segu on fraktsioneeritud, pestud ja uuesti kokku segatud)
- 16/32 paekillustik, millele on lisatud õiges suhtes ja järjestuses kiilekillustikud (reaalne viimaste aastakümnete killualus) - täna kasutatakse küll rohkem 32/63 alakihis, kiiludes seda peenemate segudega, kuid 63 mm nõuaks rohkem materjali ja hetkel olemasolev vibrotehnoloogia ei käi nii suurest vormist üle.
- 0/32 tehisgraniit (šlakikillustik)

Optimaalse koostisega segude kasutamine aluste ehitamiseks on ilmselt ka Eesti jaoks paratamatus - võrreldes seni valdavalt kasutatud fraktsioneeritud segudega on optimaalse segu terade vaheline kontaktide arv oluliselt suurem ja reaalselt jõud, mis materjali terasid lõhuvad, seetõttu väiksemad et kontaktide pinnad on suuremad, mis peaks tõstma ka nõrgemate materjalide vastupidavust teekonstruktsioonis. Et optimaalse segu skeletipoorsus on väiksem, on ka materjali purunemisel ruumalamuutus väiksem, mis pikendab konstruktsiooni tööiga. Optimaalse segu kasutus on laialdane naaberriikides, ka Venemaal on säilinud vaid jämedama ehk 32/63 killustiku kasutus kui põhimaterjaliks on kujunenud kontrollitud sõelkõveraga killustiku või killustiku-kruusa-liiva segud.

Lahendusi on muidugi rohkem - üks, et materjale (loe: paekillustikku) asendada tugevamatega, teine, et materjale väärindada (loe: stabiliseerida tsemendiga - TS - või tsemendi ja bituumeniga - KS ehk kompleksstabi). Need võimaldaks teekonstruktsiooni kui terviku tööiga tõsta. Kui killualus kestab, on asfaldikihtide lagunemine ka aeglasem - kuid kuidas kõike seda mõõta? Üks lähenemine oleks, et iga kihi elastsusmoodul on peale konstruktsiooni formeerimist alguses maksimaalne, kuid ajas langev. Reaalselt on protsess keerulisem sest vananeva asfaldi moodul võib penetratsiooni langedes hoopis tõusta.

Maailmas on kahtlemata asju uuritud, just graniidi kontekstis - näiteks võib tuua Rootsi VTI, kus on vastav katsestend (HVS - Heavy Vehicle Simulator - https://www.vti.se/download/18.403857da175974617d27379/1592806490808/heavy-vehicle-simulator-hvs1.pdf) millega läbitakse konstruktsioonil miljoneid läbikuid ja pärast uuritakse, mis all juhtus. Lisaks on Rootsis ka elukaare-lepinguid, kus ehitaja on ise huvitatud et sellised protsessid saaksid tõestatud.

• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.
• This topic was modified 6 months, 3 weeks tagasi by Ain.