1.1. Johdanto
Tässä eLearning paketissa käsitellään niitä erityisesti huomioitavia asioita, jotka liittyvät turpeen päälle rakennettuihin teihin. Lisäksi annetaan neuvoja, miten erilaisia turpeeseen liittyviä ongelmia voidaan hallita. Paketissa kuvataan lyhyesti tärkeimmät asiat, jotka tulee ottaa huomioon suunniteltaessa turpeen päälle perustettavan tien rakentamista tai turpeen päällä olevan tien kunnostamista. Lisäksi paketti esittää erilaisia käytännön ohjeita tunnistettavissa oleviin turpeeseen liittyviin ongelmiin.
1.2. Eloperäiset maalajit
Turve on eloperäinen maalaji, joka koostuu maatuvista kasvinosista ja niiden välitilan täyttävästä vedestä. Turpeen laatu vaihtelee ja sitä esiintyy monissa eri suoympäristöissä. Turve muodostuu suokasvikerrosten lahotessa pohjaosastaan aikojen kuluessa. Tätä lahoamisprosessia kutsutaan maatumiseksi. Eloperäinen materiaali voi syntyä myös huuhtoutumalla veden virtauksen (tulvat ja joet) mukana ja myöhemmin kerrostumalla liejuksi.
Pohjoisen Periferian alueella esiintyvät eloperäisen materiaalin päätyypit ovat:
- Lieju – hienojakoinen, sedimenttiperäinen maa-aines, joka on kerrostunut järvien ja merien pohjille ja koostuu vesieläinten ja kasvien jäännöksistä.
- Muta – sedimentti, joka on muodostunut vähän ravinteita sisältävästä vesipitoisesta kolloidisesta lietteestä.
- Turve – paikalla syntynyt maalaji (muodostunut ja kerrostunut samaan paikkaan), joka sisältää maatuvia kasveja ja sammalta.
Eloperäiset maalajit voivat myös sisältää vaihtelevia määriä epäorgaanisia maalajeja, jotka sisältävät eri mineraaleja. Mineraalipartikkelit ovat kulkeutuneet ja kerrostuneet veden virtauksen seurauksena, esim. liejusavi, liejuinen siltti, humusrikas hiekka jne.
Tämä koulutuspaketti keskittyy pelkästään paikalla syntyneihin turvemuodostumiin, jotka ovat muodostuneet kuolleiden kasvien kerrostumista.
1.3. Turpeen syntyminen
Turvetta muodostuu vettyneillä alueilla, missä kuolleet kasvijäänteet eivät täysin maadu. Kosteikkoalueiden sukkession (eli eloyhteisön perättäisten tilojen sarja) seurauksena muodostuu erilaisia kosteikkoalueita kuten räme, letto tai neva. (Hobbs 1986).
- Aluksi suon paikalla on lampi, missä sedimentit kerrostuvat lammikon pohjalle virtausten, pohjaveden tai suotautumisen seurauksena. Nämä kerrostumat lisääntyvät ajan kuluessa, ja tulevat eloperäisemmiksi, kun kuolleet kasvit vajoavat sedimenttiin.
- Kun kasvien jätteiden kerrostuminen jatkuu, suo alkaa kasvaa ylöspäin ja lopulta ylös seisovasta vedestä. Tällöin se muuttuu suotyypiksi, joka tunnetaan aapasuona. Aapasuovaiheessa kasvit käyttävät vielä ravinteita vedestä ja sedimenteistä, mutta alkavat vähitellen ottaa ravinteita kasvuaan varten myös sateesta ja sulaneesta lumesta.
- Suon kasvu jatkuu ja se alkaa kohota ylöspäin altaan pohjalla seisovasta vedestä ja edelleen vedenpinnan yläpuolelle. Tässä vaiheessa kohosuo tulee täysin riippuvaiseksi sadevedestä. Se pidättää vesivarastonsa massassaan normaalin pohjavedenpinnan tason yläpuolella.
Turve muotoutuu hitaasti, 1cm turvekerrostuman muodostuminen kestää noin 10 vuotta. Tunnusomaista turpeen muodostumiselle on veden läsnäolo ja sen tasapaino turpeen massan kanssa. Jotta turvealueet säilyvät hengissä, tulevan veden määrän tulee olla suurempi kuin veden häviäminen.
Jos ilmasto on riittävän märkä, peittosuot voivat myös muodostua maanpinnalle ilman, että taustalla on kosteikkosukkessio. Tämän tyyppisiä soita kutsutaan peittosuoksi, koska turve peittää maata kuin peitto. Jotta peittossuot pysyvät hengissä, ne tarvitsevat vähintään 1000mm vuosittaisen sademäärän ja vähintään 160 sateista päivää vuodessa.
1.4. Aapasuot, kohosuot ja peittosuot Pohjoisessa Periferiassa
Eri suotyyppien esiintyminen Pohjoisessa Periferiassa on esitetty alapuolella olevassa kartassa.:
Palsasuot
Palsasoita löytyy pohjoisimmasta Suomesta sekä sen lähialueilta. Palsasuo kehittyy alueilla, joilla tavataan sporaadista (epäjatkuvaa) ikiroutaa. Turvemassa eristää ikiroudan ja estää sen sulamisen kesällä.
Sulavasta lumesta vapautuva vesi pitää palsasuot hengissä. Sulava lumi tuottaa merkittävän maalajimäärän turvekerrokseen. Palsa-alueiden tiesuunnittelu vaatiiuseimmiten erityisiä geoteknisiä että päällysrakenneratkaisuja, jotka huomioivat nämä äärimmäiset ympäristöolosuhteet. Näitä käsitellään vain lyhyesti tässä eLearning paketissa.
Aapasuot
Fens Aapasoita esiintyy miltei jokaisessa ROADEX-maassa.
Tämän tyyppisiä soita voidaan kutsua myös nevasoiksi. Nevoissa rimmet ja jänteet suuntautuvat ketjumaisesti sen suunnan mukaisesti, jossa virtaava vesi ruokkii suota. Nevasuot voivat olla erittäin laajoja. Niillä on monesti korkeampi mineraalipitoisuus kuin kohosoilla, koska sedimenttikerroksissa on suota ruokkivia veden virtauksia
Kohosuot
Kohosuot selviävät sateesta saatavalla vedellä ja ne varastoivat vettä itseensä.
Peittosuo
Peittosoita esiintyy Pohjoisessa Periferiassa yleensä alueilla, joissa on merellinen ilmasto ja erittäin paljon sateita.
Peittosuon poikkileikkaus (nuolet kuvaavat sadetta). Peittosuot ovat samantyyppisiä kuin kohosuot, mutta niissä on enemmän tasaisia ja vähemmän syviä turvekerroksia.
1.5. Turpeiden luokittelu
Turpeet voidaan luokitella 3 eri ryhmään “teknisten ominaisuuksien mukaan” mukaan (Radforth 1969). Nämä ovat:
a) karkeakuituiset turpeet
b) hienokuituiset turpeet
c) amorfiset, rakeiset turpeet
Jaottelu voidaan tehdä myös yksityiskohtaisemmin 17 alaryhmään (ks. taulukko alla):
Turpeiden luokittelu (lähde: NW Radforth, Muskeg Engineering Handbook, 1969)
| Vallitseva piirre | Luokan | nimi |
| Epämääräiset rakeiset | 1 | Amorfis-rakeiset turpeet (amorfinen ja paljon mineraaleja sisältävä turve). |
| 2 | hienokuituiset turpeet, ei puufragmentteja. | |
| 3 | Amorfis-rakeiset turpeet, jotka sisältävät hienoja kuituja, ei kuitenkaan puuperäisiä. | |
| 4 | Amorfis-rakeiset turpeet, jotka sisältävät puuperäisiä hienoja kuituja. | |
| 5 |
Turpeet, jotka sisältävät valtaosin amorfis-rakeista materiaalia sekä hienokuituisia kasvifragmentteja puuperäisten kuitujen ”kehikossa” |
|
| 6 |
Amorfis-granulaarinen turve, jossa on hienorakeisia puukuituja karkeiden puukuitujen muodostamassa ”kehikossa”. |
|
| 7 |
Ei puuta sisältävät, hienokuituiset ja ja puupalasia sisätävät amorfis-rakeiset materiaalit vuorottelevat kerroksittain. |
|
| Hienojakoiset | 8 | Puuvarreton hienokuituinen turve sisältää karkeita kuituja. |
| 9 | Puuta sisältävät hienokuituiset turpeet, karkea kuituinen kehikko | |
| 10 | Puupalasia, puuttoman hienokuituisen turpeen seassa. | |
| 11 | Hienokuituiset turpeet, jotka sisältävät puisia ja puuttomia partikkeleita. | |
| Karkeajakoiset | 12 | Puupartikkeleita sisältävät karkeakuituiset turpeet. |
| 13 | Turpeet, joissa karkeat kuidut sekoittuvat hienokuituisten kanssa. | |
| 14 |
Puisia ja puuttomia hienokuituisia turpeita karkeakuituisessa kehikossa. |
|
| 15 |
Puinen verkko kuituja ja partikkeleita, joiden sisällä morfis-rakeisia hienoja kuituja. |
|
| 16 | Puinen karkeakuituinen turve, joka sisältää pieniä määrä puukappaleita. | |
| 17 |
Verkosto, joka koostuu pölkyistä ja juurista ja joka sisältää puukimpaleiden lisäksi karkeakuituista turvetta. |
Amorfis-rakeisissa” turpeissa on aineosana suuri määrä kolloidimineraaleja ja niillä on taipumus adsorboida vettä rakeidensa ympärille. Kaksi kuituista turvetyyppiä ”hienokuituiset” ja karkeakuituiset” ovat puupitoisempia. Ne pidättävät suurimman osan vedestä turvemassassa vapaana vetenä. Nämä jaottelut kuvastavat, kuinka turvekerrostumat ovat muodostuneet sekä myös niiden maatumisastetta. Jaottelu antaa myös tietoa monista tärkeistä tieinsinöörejä kiinnostavista teknisistä ja materiaaliominaisuuksista.
Turpeet voidaan luokitella myös kädessä puristamistekniikalla (Von Post 1926) ja huomioimalla maatumisaste eli näytteen maatumisen tila..
| Maatumisaste |
Tunnistamisopas |
| H1 | Täysin muuttumaton turve, joka ei sisällä lainkaan mutaa. Kädessä puristettaessa siitä irtoaa vain kirkasta vettä. Kasvien jäänteet ovat vielä selvästi tunnistettavissa. |
| H2/td> | Käytännössä muuttumaton turve, joka ei sisällä lainkaan mutaa. Kädessä puristettaessa siitä irtoaa melkein kirkasta ja väritöntä vettä. Kasvien jäänteet ovat vielä selvästi tunnistettavissa. |
| H3 | Hyvin vähän maatunut tai hyvin vähän mutaa sisältävä turve, josta kädessä puristettaessa irtoaa mutaista vettä, mutta yhtään turvemassaa ei mene sormien välistä. Puristettu jäännös on paksuhko. Kasvien jäännökset ovat menettäneet joitain tunnusmerkkejään. |
| H4 | Hieman maatunut tai hieman mutaa sisältävä turve, josta kädestä puristettaessa irtoaa mutaista vettä. Puristettu jäännös on paksuhko. Kasvien jäännökset ovat menettäneet jo enemmän tunnusmerkkejään. |
| H5 | Kohtalaisesti maatunut tai mutainen turve. Kasvirakenne silminnähtävä, mutta hieman peittynyt. Kädessä puristettaessa muutamia amorfisia turpeen osia menee sormien läpi, mutta pääasiassa mutaista vettä. Puristettu jäännös on hyvin paksu. |
| H6 | Kohtalaisen maatunut tai hyvin mutainen turve. Kasvien jäänteet ovat epäselvät. Puristettaessa noin 1/3 turveaineksesta menee sormien välistä. Jäännös on erittäin paksu, mutta selkeämpi kasvirakenne kuin puristumattomalla turpeella. |
| H7 | Melko hyvin maatunut tai selvästi mutainen turve, mutta kasvien rakenteet ovat vielä nähtävissä. Puristettaessa noin puolet turveaineksesta menee sormien välistä. Jos vettä vapautuu, se on tummaa ja turpeista. |
| H8 | Hyvin maatunut ja melko mutainen turve hyvin heikosti erottuvalla kasvirakenteella. Kun puristetaan noin 2/3 turveaineksesta menee sormien läpi ja silloin tällöin paksua nestettä. Jäännös koostuu pääasiassa kestävistä kuiduista ja juurista. |
| H9 | Käytännössä täysin maatunut turve tai liejuntapainen turve, jossa kasvien rakenne on melkein näkymätön. Puristettaessa melkein kaikki turveainekset menevät sormien välistä. |
| H10 | Täysin maatunut turve tai turvelieju, missä ei ole lainkaan kasvien rakenteita nähtävillä. Puristettaessa turveaineksesta kaikki menee sormien välistä. |
Yhteenveto turveluokittelusta voidaan esittää yhteenvetona yksikertaisessa, ruotsista lähtöisin olevassa, taulukossa, jota suositellaan käytettäväksi vähäliikenteisiin teihin liittyvissä turvetutkimuksissa.
| Nimitys |
Ryhmä |
Kuvaus |
| Kuituiset turpeet | H1-H4 |
Alhainen maatumisaste Helposti erotettavissa olevat kasvien rakenteet |
| Keskinkertaisesti maatuneet turpeet | H5-H7 | Keskitason maatumisaste. Kasvien rakenteita vielä erotettavissa. |
| Amorfiset turpeet | H8-H10 | Suuri maatumisaste. Kasvien rakenteita ei havaittavissa. Puuromainen koostumus. |
ROADEX projektin suosittelema turpeiden luokittelu perustuu Von Postiin luokitukseen (Karlssonin & Hansbon, 1981, mukaan). Tämä taulukko huomioi sen, että kasvit turvesuon pohjalla voivat olla samoja kuin päällä olevat. Ainut ero on niiden maatumisasteessa.
1.6. Turpeen tyypilliset ominaisuudet
Yleistä
Kuten aiemmin on jo todettu, turve on erittäin vaihteleva materiaali. Sen ominaisuudet liittyvät suoraan sen muodostumistapaan, toisin sanoen sen morfologiaan. Asteikon lopussa oleva ”kuituinen” turve sisältää kasvin osia ja se on maatunut vain vähän. Se on kuin yhtä mattoa. Asteikon toisessa päässä ovat amorfiset turpeet, jotka ovat erittäin maatuneita ja ne eivät sisällä lainkaan kasvien osia. Turvekerrostumissa tämä vaihtelevuus voi ilmetä sekä vaaka- että pystysuunnissa. Merkittävää vaihtelua voi tapahtua minimissään jopa 10 metrin horisontaalisella matkalla ja vielä lyhyemmällä matkalla pystysuunnassa. Huomiota tulee kiinnittää erityisesti turvenäytteiden ottamiseen. Turpeen ominaisuuksien tutkimiseksi näytteiden tulee olla mahdollisimman edustavia.
Tyypilliset ominaisuudet ja laatua kuvaavat suureet
Vesipitoisuus
Koskemattoman turvekerrostuman selkein ominaisuus on sen korkea vesipitoisuus. Lisäksi monet turpeen ominaisuudet liittyvät suoraan sen vesipitoisuuteen. Turpeen vesipitoisuus Pohjoisessa Periferiassa voi vaihdella välillä 500% – 2000%. Joillakin kuituisilla turpeilla vesipitoisuus voi olla jopa niinkin korkea kuin 2500%. Jos vesipitoisuus on vähemmän kuin 500%, se kertoo yleensä turvenäytteen korkeasta mineraalipitoisuudesta.
Tuhkapitoisuus
Turvenäytteen tuhkapitoisuus (tai epäorgaanisen aineksen pitoisuus) ilmoitetaan prosentteina kuivasta materiaalista, joka jää palamisen jälkeen tuhkana jäljelle. Jos turve on muodostunut normaalisti, sen tuhkapitoisuus on noin 2-20 % sen tilavuudesta.
In situ irtotiheys
Suoturpeen in situ irtotiheys riippuu pääasiassa sen kosteuspitoisuudesta. Amorfisella rakeisella turpeella irtotiheys voi olla jopa 1200 kg/m³, kun taas erittäin puisen kuituisen turpeen irtotiheys kyllästymättömissä olosuhteissa voi olla niinkin alhainen kuin 900 kg/m³.
Kuivairtotiheys
Kuivan turpeen irtotiheys on myös riippuvainen turpeen luonnollisesta kosteuspitoisuudesta ja mineraalipitoisuudesta. Kuiva irtotiheys on tärkeä ominaisuus tien rakentamisessa, koska se vaikuttaa turpeen käyttäytymiseen kuormituksen alla. Kuivan turpeen irtotiheys vaihtelee tyypillisesti välillä 60 kg/m³ – 120 kg/m³. Suuremmat arvot ovat mahdollisia silloin, kun kerrostumassa on korkea mineraalipitoisuus.
Ominaispaino
Turpeen ominaispaino vaihtelee tyypillisesti välillä 1,4 – 1,8. Korkea arvo kertoo suuresta mineraalipitoisuudesta
Huokosluku
Turpeen alkuperäinen huokosluku vaihtelee turvetyypin ja kosteuspitoisuuden mukaan. Esimerkiksi turpeen, jonka kosteuspitoisuus on 1000 %, huokosluku on arviolta 18. Jos huokosluku on niinkin korkea kuin 25, on turpeessa todennäköisesti kuituja. Huokosluvun ollessa alle 4, on mahdollista, että turve on tiheää, amorfista ja rakeista. Normaalisti turvesuon huokosluku pienenee syvemmälle mentäessä. Turpeen ollessa kyseessä, ovat poikkeukset kuitenkin todennäköisiä.
Vedenläpäisykyky
Maastossa turpeen vedenläpäisykyky vaihtelee erityisen paljon riippuen sen morfologiasta. Vedenläpäisevyys voi pienentyä yllättävästi kuormituksen alla. Koskemattoman turpeen vedenläpäisykyky voi vaihdella välillä 10-2 – 10-5 cm/s. Kuormitettuna, esimerkiksi matalan tiepenkereen alla, se voi nopeasti pienentyä arvoon 10-6 cm/s, tai penkereen ollessa korkea jopa niinkin alas kuin 10-8 – 10-9 cm/s. Kuormituksen alla turve puristuu merkittävästi kokoon (kts. kpl 2.2). Turpeen vedenläpäisevyyden pienenemisen seurauksena kuormitetun turpeen huokoset ja kolloidien välinen partikkelien vetovoima kasvavat johdonmukaisesti ja nopeasti.
Leikkauslujuus
Turvekerrostuman leikkauslujuus riippuu sen kosteuspitoisuudesta, maatumisasteesta ja mineraalikoostumuksesta. Korkea kosteuspitoisuus ja maatumisaste alentavat leikkauslujuutta. Korkea mineraalipitoisuus puolestaan nostaa sitä. Normaalisti tiivistyneen turpeen leikkauslujuus (kuituinen turve ja keskinkertaisesti maatunut turve) on tyypillisesti c´= 2 kPa ja ?=28o. Normaalissa jännityksessä se on alle 13 kPa, koheesio (tuloksena kuitujen kietoutumisesta) kasvaa noin tasolle 5-6 kPa ja samalla kitkakulma vähenee nollaan.
Turvekerrostuman leikkauslujuuden mittaaminen laboratoriossa ei ole helppoa, sillä hyvän ja edustavan näytteen ottaminen on vaikeaa. Lisäksi näyte on saatava laboratorioon riittävän nopeasti ja siitä on tehtävä sopivan kokoinen vaurioittamatta näytettä. Paras mittausmenetelmä onkin yksinkertainen maastossa tehtävä siipikairaus. Se indikoi leikkauslujuutta. Menetelmässä on kuitenkin rajoituksia ja tuloksia ei pidä uskoa suoraan ilman niitä tukevia muita todisteita.
Turpeen leikkauslujuus riippuu harvoin syvyydestä. Tämä ei yllätä, sillä turve on kuormittamaton sen normaalissa olotilassa ja sillä on pieni vedenalainen ominaispaino. Yleensä turvesoilla turpeen lujuus pienenee mitä syvemmälle mennään. Syvemmälle mentäessä turve muuttuu vähemmän kuituiseksi ja enemmän amorfiseksi, jonka vuoksi turpeen ominaisuudet muuttuvat osittain.
Yhteenveto
Seuraavassa taulukossa on yhteenveto muutamista turpeen ominaisuuksista.
| Ominaisuus | Turvetyyppi |
||
| Kuituinen turve | Keskinkertaisesti maatunut turve | Amorfinen rakeinen turve | |
| Vesipitoisuus % | 700 – 2000 | 500 -1200 | 500 – 900 |
| Tuhkapitoisuus% | 1.5 – 3.0 | 3 – 8 | 8 – 30 |
| In situ irtotiheys (kg/m³) | 900 – 1100 | 900 – 1100 | 900 – 1100 |
| Kuiva irtotiheys (kg/m³) | 40 – 70 | 70 – 100 | 100 – 140 |
| Huokosluku | 10 25 | 8 – 17 | 7 – 13 |
| Vedenläpäisevyys (m/s) | 10-5 – 10-6 | 10-6 – 10-7 | 10-7 – 10-8 |
1.7. Veden vaikutus ja prekonsolidaatio
Turve on suhteellisen ”tuore” materiaali verrattuna muihin maalajeihin. Se on muodostunut vuosien kuluessa Pohjoisessa Periferiassa jäätikön vetäydyttyä noin 10 000 vuotta sitten. Toisin kuin muut pohjoiset maalajit, turve ei ole esikonsolidoitunut jäätikön painon alla. Turve voi kuitenkin olla esikonsolidoitunut niillä alueilla, missä veden pinnan taso on ollut alempana turpeen muodostumisen aikana. Alentunut veden pinnan taso on voinut johtua esimerkiksi pitkäaikaisesta kuivuudesta, kuivatuksesta tai kasvillisuuden (kuten metsän) kastelusta.
Turvekerrostumissa tapahtuvilla vedenpinnan tason muutoksilla (luonnollisilla tai ihmisen toiminnan seurauksena) on kaikilla vaikutusta siihen, miten jännitykset käyttäytyvät turpeessa. Suon vedenpinnan tason alentaminen laskee turpeen huokosvedenpainetta ja aiheuttaa tehokkaan paineen kasvua aiheuttaen konsolidaatiota. (toisin sanoen: kokonaisjännitys – pienentynyt huokosvedenpaine = lisääntynyt tehokas jännitys)
Vaikutus ei ole niin yleistä kohosoilla, vaan useimmiten sitä tapahtuu Islannin peittosoilla.
Tämän vuoksi on tärkeää, että turvekerrostuman hydrologia säilytetään muuttumattomana koko tietyön ajan sekä sen jälkeen. Tahattomat muutokset vesitaseessa voivat aiheuttaa odottamattomia tuloksia. Muutoksia voi tapahtua, mikäli kaivetaan uusi kaivanto tai ojia syvennetään lähellä turpeen päällä kelluvaa tietä. Kuivatuksen parantaminen voi aiheuttaa merkittäviä ja odottamattomia painumia, jotka voivat myös vaurioittaa muuten hyvin rakennettua tietä.
Joissain tilanteissa on kuitenkin edullista parantaa kuivatusta ennen rakentamista. Näin on erityisesti Islannissa, missä stabiilit vesiolosuhteet voidaan varmistaa tien viimeistelyn jälkeen pitkällä tähtäimellä. Tähän työhön tulee saada suostumus paikalliselta ympäristöviranomaiselta.