6.1. Johdanto
Turve on hyvin vaihteleva materiaali ja siksi suunnittelun tueksi aina on tehtävä jonkin verran kenttätutkimuksia, jotta riskit tien vaurioitumiseen voidaan minimoida. Näiden tutkimusten ei tarvitse olla laajoja tai kalliita, mutta niitä pitäisi tehdä kuitenkin joka projektissa. Tutkimusten tekijän tulisi olla asiantuntija, jolla on kokemusta teiden rakentamisesta turpeelle. Tyypillisesti tutkimuksia tarvitaan turpeen syvyyden, koostumuksen ja vaihtelevuuden selvittämiseen sekä mahdollisten muiden alapuolella olevien painuvien maakerrosten olemassaolon selvittämiseen. Alustava geotekninen riskikartoitus tulee muodostumaan näistä tuloksista.
Kaikilla kentällä tapahtuvilla tutkimuksilla pitäisi kuitenkin olla tavoite ja siksi tulisi toteuttaa vain ne tutkimukset, joista saadaan suunnittelun kannalta välttämättömiä tietoja. Liian usein kiireisillä insinööreillä on houkutus jättää kenttätutkimukset tekemättä rahan- ja ajanpuutteen vuoksi, mikä on aina virhe. Turpeella tehtävien tien rakentamistoimenpiteiden tulee aina perustua kerättyyn tutkimustietoon.
6.2. Pohjatutkimukset
Vähäliikenteiselle tielle toteutettavien kenttätutkimusten määrää rajaavat yleensä taloudelliset ehdot, jotka riippuvat budjetti- ja aikarajoituksista. Laajasta valikoimasta erilaisia tutkimusmenetelmiä tulee valita kullekin kohteelle sopivin yhdistelmä, jolla varmistetaan kaiken olennaisen tiedon kerääminen luotettavaa analyysiä varten.
Tyypillisiä vähäliikenteisillä teillä käytettäviä tutkimusmenetelmiä
| Tutkimusmenetelmä |
Kuvaus |
Kommentti |
| Taustatutkimus | Toimistossa tehtävä tutkimus, jossa tutkitaan karttoja, arkistoja, raportteja, kohteen vaurioita, kunnossapitohistoriaa, sekä vastaavanlaisia muita paikallisia projekteja, paikallisen turpeen ominaisuuksia, aikaisempien projektien tuloksia, jne. | Projektin suunnittelun mahdollistavien lähtötietoaineistojen keräys. Välttämätön |
| Maastokäynti ja alueen katselmointi | Silmämääräinen tarkastelu kohteella. Katselmuksen tulisi suorittaa insinööri, jolla on kokemusta turpeen päälle rakentamisesta. | Käytännöllinen ja halpa tutkimusmenetelmä, jolla saadaan käsitys kohteesta ja siellä olevista haasteista. Välttämätön |
| Kairaukset | Turpeen syvyyden mittaus terästangolla/sauvalla. Turvealueelle sijoittuvissa töissä tulisi aina tehdä jonkinlaista kairausta. | Yksinkertainen ja toimintavarma menetelmä, jolla voidaan määrittää turvekerrostuman syvyys. Voidaan käyttää myös kalibrointina tunkeutumattomille menetelmille, kuten maatutkalle. Kokeneissa käsissä sillä voi saada tietoa myös turpeen ominaisuuksista (vesipitoisuus ja leikkauslujuus). Välttämätön |
| Näytteenotto | Tutkimusmenetelmät, joissa maaperästä otetaan fyysisiä näytteitä. Näiden avulla määritetään tierakenteen, pohjamaan ja turvekerrosten paksuudet ja ominaisuudet. | Näytteenotto ja kairaus voivat myös antaa tietoa, jonka avulla muita mittauksia on mahdollista kalibroida ja täydentää. Aina olisi otettava jonkin verran näytteitä. |
| Maatutkaluotaus, GPR GPR | Yhä yleisemmin turvealueiden tutkimuksissa käytettävä pinnalta tehtävä mittaus, joka soveltuu erityisen hyvin tien rakennekerrosten ja maakerrosten paksuuksien määrittämiseen ennen levennysten ja vahvistusten rakentamista. | Maatutkaluotauksen kuvaajissa näkyy selkeät rajapinnat tien sekä sen alla sijaitsevan turpeen ja kallionpinnan välillä. Kuvaajia voidaan käyttää hyvällä tarkkuudella tien pitkäaikaiseen kunnon seurantaan. Suositeltava |
|
Digitaalinen videokuva |
Tien näkyvän infrastruktuurin visuaalinen tallennus, johon on liitetty tunnetut GPS-koordinaatit. | Videokuvaa voidaan käyttää yksinkertaisesti muodollisena tallenteena tai lisäanalyysien tekoon esim. kuivatus- tai vaurioarvioinnissa. Suositeltava |
| Puristinkairaus | Puristinkairaus on muiden kairausten kanssa samankaltainen tutkimusmenetelmä, mutta siinä anturi mittaa kerrosten suhteellista lujuutta ja jäykkyyttä tunkeutuessaan niistä läpi. | Voi olla käyttökelpoinen menetelmä kun tien alla on turvekerroksia ja muita materiaaleja. |
| Pudotuspainolaitemittaus | Rakenteita rikkomaton testimenetelmä, joka simuloi raskaan liikenteen kuormitusta päällysrakenteeseen. | Tuloksista voidaan arvioida kantavuutta, pohjamaan laatua, turvekerrosten esiintymistä ja kallion sijaintia. Suositeltava tien leventämisessä ja rakenteen parantamisessa |
| Kiihtyvyysanturi/tasaisaisuusmittaukset | Ajoneuvoon kiinnitetyt anturit mittaavat tien pituus- ja poikittaissuuntaista epätasaisuutta. |
Lisätietoa näistä tekniikoista löytyy ROADEX II projektin raporteista. Sekä taustatutkimus että maastokatselmus antavat tärkeitä esitietoja kohteen varsinaisia tutkimuksia ja niitä seuraavaa analysointia varten. Kaikkien mainittujen tutkimusmenetelmien käyttäminen on kuitenkin harvoin kustannustehokasta.
Kenttätutkimusmenetelmät turpeen päälle rakennetuilla teillä seuraavat yleisesti ROADEX projektin pysyvistä muodonmuutoksista kertovassa eLearning – paketissa esitettyjä menetelmiä muutamilla täydennyksillä tehtynä:
a) Maastokäynti ja katselmointi
Maastokäynti on yksi tärkeimmistä kenttätutkimuksista. Olemassa oleva tie tai ehdotettu tielinja on ”täyden mittakaavan malli” projektille ja tarjoaa parhaan mahdollisen tiedon ongelmista, jotka todennäköisesti nousevat myös esille ja on otettava huomioon suunnittelussa. Maastokäynti tarjoaa myös mahdollisuuden nähdä turpeen pinnan ominaisuudet kuten ojat, vesistöt, salaojat, pinnanmuodot, turpeen kaivut, vettä pidättävät alueet, jne. ja arvioida, miten nämä voidaan huomioida työssä.
b) Turpeen syvyyden selvittäminen terässauvalla tunnustelemalla
Yksinkertaista terässauvaa voidaan käyttää turpeen syvyyden selvittämiseen. Tämä yleensä toteutetaan 1 metrin pituisilla terässauvoilla, joita voidaan yhdistää toisiinsa pikaliittimillä tai kierteillä sen mukaan, mitä turve-esiintymän paksuus vaatii. Turpeen ollessa kovan pinnan päällä (kuten moreenin tai kallion) voidaan saada terässauvalla tunnustelemalla hyvää tietoa turpeen paksuudesta.
Terässauvalla tehtävässä tutkimuksissa voi tulla ongelmia jos turvekerroksen sisällä on pehmeitä kokoonpuristuvia kerroksia, kuten savea, silttiä tai liejua tai tulvimisen mukanaan tuomaa soraa tai puunpalasia. Silloin terässauvalla tehtävällä pliktauksella ei voida erottaa eri materiaaleja toisistaan ja tällöin tulee käyttää kehittyneempiä menetelmiä, kuten painokairausta tai puristinkairausta.
c) Turpeen syvyys maatutkalla (GPR)
Maatutkaluotaus on yleisesti käytetty tutkimusmenetelmä olemassa olevilla teillä. Riippuen käytetystä antennista tutkimus voi antaa hyvää tietoa olemassa olevan tien rakennekerroksista, tiepenkereen kokonaispaksuudesta sekä turpeen ja muiden kokoonpuristuvien kerrosten paksuuksista.
Maatutka voi auttaa myös turpeen painumien ennustamisessa antamalla tietoa olemassa olevan kuorman vaikutuksesta turpeessa jo tapahtuneista painumista. Näitä painumatietoja voidaan käyttää painuma-analyysien kalibrointiin uusia rakennekerroksia ja/tai tien leventämistä rakennettaessa. Maatutkaluotauksesta on kerrottu enemmän ROADEX kappaleessa 4.1.7. Pysyvät muodonmuutokset eLearning paketissa
(d) Näytteenotto
Turvetyyppi ja sen ominaisuudet tulee aina selvittää. Jotta saataisiin selville turpeen tyyppi, on aina tehtävä tutkimuksia turpeen ominaisuuksien selvittämiseksi. Nämä tutkimukset voivat yksinkertaisimmillaan olla Von Postin turveluokittelu ja vesipitoisuuden arviointi, jos halutaan suorittaa painumalaskentaa. Häiriintymättömien näytteiden ottaminen turpeesta voi olla hankalaa erityisesti korkean vesipitoisuuden omaavilla turpeilla. Ruotsin geotekninen yhdistys (SGI) on kuitenkin kehittänyt tarkoitukseen yksinkertaisen ja tehokkaan näytteenottimen.
SGI:n näytteenottimessa on terävä, pyöreä ja aaltoileva leikkuureuna kiinnitettynä halkaisijaltaan 100 mm muoviputkeen, jonka yläpäässä on kestävä iskupää. Putken pituus vaihtelee ja rajoittaa turpeesta saatavan näytteen pituutta, mutta yleensä 1,0 m pitkä näyte on riittävä. Näytteen häiriintymiseen vaikuttaa suuresti se, miten näytteenotin upotetaan turpeeseen. Parhaat tulokset on yleensä saatu iskemällä näytteenotin turpeeseen kevyen tärykoneen avulla tai naputtamalla kevyesti vasaralla.
Näytteenotto on myös mahdollista tehdä käsikäyttöisellä Auger näytteenottimella, mikä on paljon parempi vaihtoehto kuin, että ei otettaisi ollenkaan näytettä. Tarjolla on laaja valikoima erilaisia Auger näytteenottimia, joilla voidaan saada näyte turpeen luokitusta varten.
Tien leventämisprojekteissa on tärkeää ottaa näytteitä sekä olemassa olevan tien alapuolella olevasta turpeesta että tien vieressä olevasta turpeesta, jotta varmistutaan uuden ja vanhan tien lopullisesta yhdessä toimivuudesta.
e) Leikkauslujuus
Insitu suljetun leikkauslujuuden saanti turpeesta on vaikeaa sen suuren pysty- sekä vaakasuuntaisen vaihtelevuuden takia. Kuituiselle turpeelle mitattujen arvojen puuttuminen ei ole ongelmallista, mutta suuren kosteuspitoisuuden omaavalle turpeelle tulisi saada arvio leikkauslujuudesta erityisesti silloin kun turpeen kuormitus uuden infrastruktuurin johdosta kasvaa merkittävästi.
Arvio leikkauslujuudesta voidaan saada selville kentällä siipikairauksella, mutta saatuihin tuloksiin tulee suhtautua erittäin varovaisesti.
Siipikairaus on suhteellisen yksinkertaista toteuttaa ja ymmärtää. Tutkimukset (Landva 1980) ovat osoittaneet, että turpeen murtuminen ei välttämättä tapahdu siiven reunassa, vaan 7-10 mm siiven reunan ulkopuolella kuitujen repivän vaikutuksen johdosta.
Kentällä tehdystä siipikairauksesta saatuihin leikkauslujuustuloksiin pitäisi aina suhtautua hyvin varovaisesti ja käyttää sopivaa konservatiivista korjauskerrointa. On mahdotonta antaa tiettyjä suosituksia täksi kertoimeksi, mutta ROADEX-projektin näkemyksen mukaan siipikairauksesta saatu leikkauslujuus pitäisi jakaa vähintään kahdella eli se pitäisi puolittaa, ennen suunnittelutarkoituksiin käyttämistä.
ROADEX projektin suosituksen mukaan vähintään seuraavat tutkimukset tulisi tehdä vähäliikenteisillä teillä:
a) Uudet tiet koskemattomalla turpeella
- Taustatietojen selvittäminen maaperästä kaikesta saatavilla olevasta tiedosta
- Maastokäynti ja katselmus
- Turpeen syvyyden selvittäminen kairaamalla/maatutkalla
-
Näytteenotto turpeen luokittelun ja maatumisasteen selvittämiseksi
-
Tilavuuspaino ja vesipitoisuus häiriintymättömästä näytteestä / koekuopasta mahdollisuuksien mukaan
b) Olemassa olevan tien parantaminen ja leventäminen
-
Taustatietojen selvittäminen kaikesta materiaalista, jota on saatavilla tien historiasta (rakentaminen, ylläpito, leventäminen jne) ja tien elinaikana esille tulleista ongelmista.
-
Maastokäynti ja katselmus
-
Turvekerroksen paksuus kairaamalla
-
Nykyisen tien kokonais- ja kerrospaksuudet maatutkamittausten avulla (1.5GHz and 400MHz), turvekerroksen paksuus (n. 200MHz).
-
Näytteenotto turpeen luokittelun ja vesipitoisuuden selvittämiseksi
Lisäksi seuraavat tutkimukset ovat osoittautuneet erittäin käyttökelpoisiksi tutkittaessa turpeelle rakennettua olemassa olevaa tietä:
-
Pudostupainolaitemittaukset
-
Digitaalivideo
-
Näytteenotto olemassa olevasta tiestä materiaalien luokittelemiseksi
Näiden tutkimusten jälkeen suunnittelija pystyy tutkimaan kaikkea olemassa olevaa tietoa, tekemään alustavan kohteen vaikutusten arvioinnin, aloittamaan geoteknisen riskikartoituksen ja päättämään onko maastossa tehtävä vielä lisää maaperätutkimuksia.
6.3. Maaperätutkimukset
Tässä luennossa ei käsitellä turpeella toteutettavia erikoistuneita yksityiskohtaisia intrusiivisia maaperätutkimuksia. Nämä tutkimukset on aina parasta suunnitella asiaan erikoistuneen geoteknisen konsultin avustuksella ja toteuttaa urakoitsijalla, jolla on kokemusta turvetutkimuksista
6.4 Laboratoriokokeet
Laboratoriokokeissa pyritään tekemään kokeet simuloiden kentällä vallitsevia olosuhteita. Tämä on vaikeaa toteuttaa erityisesti kuituisella turpeella, jolla on hyvin korkea vesipitoisuus ja vedenläpäisevyys. Syynä on se, että siitä on vaikeaa ottaa edustava häiriintymätön näyte ja kuljettaa se laboratorioon vahingoittumattomana. Isojen näyteiden ottaminen ja testaaminen isoissa testilaitteissa on mahdollista. Tämä ei yleensä kuitenkaan ole mahdollista tavallisissa insinööritoimistoissa ja niiden laboratorioissa ja siksi vähäliikenteisten teiden rakennusprojekteissa ei tyypillisesti tehdä turpeen laboratiokokeita.
Testaaminen voidaan tehdä, mikäli sitä pidetään välttämättömänä. Ruotsin Geotekninen Instituutti (SGI) käyttää suoraa leikkauslujuuslaitetteistoa ja kokoonpuristuvuusmittaria, joka sallii laajat muodonmuutokset turvenäytteessä testin aikana.
Islannin tieviranomaiset käyttävät ödometria saadakseen selville turpeen muuttujia, joita käytetään Janbun painuma-analyysissä.
Vähäliikenteisten teiden suunnitteluprojekteissa turpeen käyttäytymistä arvioidaan yleensä ainoastaan yksinkertaisemmilla “luokittelukokeilla” (esitetty osassa 1) sekä kokemusperäisillä havainnoilla..
Luokittelu ja vesipitoisuus ovat yleisimmin käytetyt tutkimusmenetelmät. Näitä kahta testiä voidaankin pitää hyvän käytännön mukaisina minimeinä tarvittavalle testaukselle. Kun tiedetään vesipitoisuus, on mahdollista saada karkea laskelma painumista ja konsolidoitumisesta STA menetelmällä, josta kerrottiin kappaleessa 5.3.2.