Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta Rak Pohjarakentaminen ja pohjanvahvistaminen Luento 1

Transkriptio

1 Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta Rak Pohjarakentaminen ja pohjanvahvistaminen Luento 1 Petteri Ukonjärvi

2 Sisällysluettelo Pohjatutkimukset Mielikuvat vs todellisuus Pohjatutkimusten ohjelmointi Maaperätutkimuksissa käytettävä kalusto Pohjatutkimusmenetelmät: kalusto, suoritus, raportointi ja tulkinta: Tärykairaus Painokairaus Heijarikairaus Puristin-heijarikairaus CPTU-kairaus Siipikairaus Porakonekairaus Näytteenotto Koekuoppa Pohjavesiputket Demo CPTU-kairauksen tulkinta

3 Pohjatutkimukset nykyään Väärä mielikuva! ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 3 3

4 Pohjatutkimukset nykyään Todellisuus! ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 4 4

5 Geotekniset tutkimukset ja mittaukset ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 5 5

6 Pohjatutkimukset Maastokatselmus Ennakkoselvitykset Kartoitus Kartta ja ilmakuvatulkinta Geofysikaaliset menetelmät Kairaukset Geotekniset erikoismittaukset Laboratoriotutkimukset Rakennusprojektin yhteydessä termillä pohjatutkimus tarkoitetaan yleisimmin kokonaisuutta, johon sisältyy rakennusalueen kartoitus, vaaitus ja kairaukset sekä laboratoriotutkimukset ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 6 6

7 Pohjatutkimukset prosessina ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 7 7

8 Miksi pohjatutkimuksia on tarpeen tehdä? Pohjatutkimusten tarve määritellään Rakentamismääräyskokoelman (RakMK) osassa 3, Pohjarakenteet, kpl seuraavasti: Rakennuspaikan pohjasuhteet on selvitettävä ennakolta jokaisen rakennushankkeen yhteydessä. Yleensä, ja erittäin vaativissa (AA) pohjarakennuskohteissa aina, tämä selvitys tehdään rakennushankkeen yhteydessä tehtävällä pohjatutkimuksella. Jos rakennuspaikalta on käytettävissä kaavoituksen tai muissa yhteyksissä tehtyjen pohjatutkimusten tuloksia tai muita tietoja laajuudeltaan ja laadultaan riittävinä siten, että niiden perusteella pohjarakenteiden suunnittelu ja pohjarakentaminen voidaan toteuttaa luotettavasti ja turvallisesti, pohjatutkimusta ei tarvitse tehdä rakennushankkeen yhteydessä helpoissa (B) ja vaativissa (A) pohjarakennuskohteissa. Helpoissa (B) pohjarakennuskohteissa selvitykseksi voi riittää ennakolta tehty asiantuntijan suorittama maastokatselmus, jonka perusteella tehdyt päätelmät rakennuspaikan pohjasuhteista on tällöin aina esitettävä kirjallisesti ja liitettävä rakennuskohteen muihin suunnitelmaasiakirjoihin ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 8 8

9 Miksi pohjatutkimuksia on tarpeen tehdä? Aivan vastaavantyyppiset määräykset sisältyvät myös eurokoodien mukaiseen suunnittelujärjestelmään. Pohjatutkimusten tekeminen on yhtä tärkeää myös muissa rakennuskohteissa (mm. tiet, kadut ja rautatiet) sekä kohteen toteutuksen taloudellisuuden ja turvallisuuden että lopputuotteen teknisen ja toiminnallisen laadun varmistamiseksi. Asianomaisten viranomaistahojen - lähinnä Liikennevirasto - antamat ohjeet edellyttävätkin pohjatutkimusten tekemistä käytännössä aina myös näiden kohteiden yhteydessä ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 9 9

10 Miksi pohjatutkimuksia tarvitaan? - Konkreettisesti Suunnittelun mahdollistaminen mm. - perustamisratkaisujen teko, - rakennustyön toteutuksen varmistaminen, - massamäärien selvittäminen, - vahvistustarpeiden selvittäminen, - rakenteiden toiminnan turvaaminen, - materiaalien laadun ja - käyttökelpoisuuden arviointi. Ympäristön ja työturvallisuuden varmistaminen Olemassa olevien rakenteiden selvittäminen Riskien pienentäminen (erityisesti kustannus-, aikataulu- toimivuus- ja turvallisuusriskit) Kustannusten arviointi ja hallinta ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 10 10

11 Pohjatutkimusmäärien vaikutus kustannusylityksiin (Clayton 1990-luku) ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 11 11

12 Pohjatutkimuksella selvitettävät asiat Pohjatutkimusten perusteella määritetään tavanomaisessa rakennuskohteessa seuraavat geotekniset tiedot suunnittelun ja rakentamisen pohjaksi: Rakennuspaikan pinnanmuodot Maaperän kerrosjärjestys Maakerrosten ominaisuudet (maalaji, kivisyys, lohkareisuus, humuspitoisuus, rakeisuus, hienousluku, vesipitoisuus, tiiviys, lujuus, kokoonpuristuvuus, vedenläpäisevyys jne.) Kalliopinnan asema ja tarvittaessa sen laatu Pinta- ja pohjavesisuhteet Sade- ja perusvesien purkupaikat Kunnallistekniikan liittymäkorkeudet Naapurirakennusten perustamistapa - perustamistaso - perustusten kunto Olemassa olevien perustusten ja maanalaisten rakenteiden sijainti, laajuus ja kunto Routivuus Radon Tulva- ja sortumariski Pilaantunut maaperä Muut erityiskysymykset (esim. liikennetärinän vaikutukset) ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 12 12

13 Vastuu pohjatutkimuksista Rakennushankkeen vastaava pohjarakennesuunnittelija huolehtii pohjatutkimusten ohjelmoinnista: - Pohjatutkimusten määrä ja tutkimuspisteiden sijainti - Tutkimusmenetelmien valinta - Tuloksien perusteella tehtävät päätelmät - Seuraa pohjatutkimusten edistymistä ja sen tuloksia sekä tarvittaessa täydentää pohjatutkimusohjelmaa. Pohjatutkija vastaa pohjatutkimuksien suorittamisesta: - Johtojen ja kaapeleiden huomioon ottaminen - Pisteiden paikalleen mittaus - Tutkimusvälineiden kunto - Ohjeiden ja standardien mukaiset työtavat - Tulosten oikeellisuus - Tutkimusten täydennystarpeen informointi suunnittelijalle Rakennustyön suorittava urakoitsijalla velvollisuus ilmoittaa tilaajalle työnaikana havaitsemistaan ristiriitaisuuksista pohjatutkimusten ja todellisten olosuhteiden välillä ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 13 13

14 Tutkimuksen sisältö ja määrät RIL : Geoteknisen tutkimuksen tulee tuottaa riittävästi tietoja, jotka koskevat pohja- ja pohjavesiolosuhteita rakennuspaikalla ja sen ympäristössä ja joita tarvitaan oleellisten maapohjan ominaisuuksien asianmukaiseen kuvaamiseen ja maaparametrien luotettavaan arviointiin. Geoteknisen tutkimuksen sisältö ja määrä tulee sovittaa tiettyyn tutkimusvaiheeseen ja geotekniseen luokkaan ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 14 14

15 Pohjatutkimuksen ohjelmointiin vaikuttavat tekijät Olemassa olevat Maa- ja kallioperä Kohteen pohjatutkimukset laatu Ohjeet ja POHJATUTKIMUSOHJELMA Kohteen normit koko Ympäristö Geotekniset laskentamallit Kohteen vaativuus ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 15 15

16 Pohjatutkimukseen sisältyvät osatehtävät Tutkimuksen valmistelu - Tavoitteiden määrittely - Perusaineiston selvittäminen - Tutkimusohjelman laatiminen - Tutkimustyön järjestely ja töiden valvonta Maastotutkimukset - Kartoitus ja mittaustyöt - Geotekniset maastotutkimukset - muut maastotutkimukset Geotekniset laboratoriotutkimukset Tutkimustulosten käsittely Pohjatutkimusasiakirjojen laadinta ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 16 16

17 Pohjatutkimuksilla selvitettävät asiat erityyppisissä rakennuskohteissa ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 17 17

18 Pohjatutkimuksen vaiheistus Tutkimusvaiheet 1. Rakennusalueen hankinta-tutkimus 2. Tonttitutkimus 3. Rakennuskohteen pohjatutkimus 3.1 Yleispiirteinen pohjatutkimus 3.2 Yksityiskohtainen pohjatutkimus 3.3 Täydentävä pohjatutkimus 4. Maa- ja pohjarakentamisen valvontatutkimukset 5. Pohjarakentamisen jälkeiset tarkkailututkimukset Rakennushankevaiheet ENNAKKOSUUNNITTELU -Luonnossuunnittelu RAKENNUSSUUNNITTELU -Työpiirustusvaihe RAKENTAMINEN KÄYTTÖ ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 18 18

19 Tutkimuspisteiden sijoittelun perusperiaatteita eri pohjatutkimusvaiheissa Rakennusalueen hankintatutkimus, tutkimuslinjat suurimpien pohjasuhdevaihteluiden suuntaan (=korkeuskäyriä vastaan). Tonttitutkimus, linjat yleensä pohjasuhdevaihteluiden tai tontin rajojen suuntaiset. Yleispiirteinen pohjatutkimus, jos maankäyttösuunnitelma valmis, pisteet tavallisesti tulevien rakenteiden paikoille ja suuntaan. Yksityiskohtainen pohjatutkimus, pisteet yleensä rakennusten perustusten paikoille. Täydentävä pohjatutkimus, lisäselvitystarpeen mukaan ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 19 19

20 Tutkimuspisteiden tyypilliset välimatkat eri tutkimusvaiheissa Tutkimusvaihe Tutkimuslinjojen väli (m) Pisteväli tutkimuslinjalla (m) Hanketutkimus Tonttitutkimus Yleispiirteinen pohjatutkimus Yksityiskohtainen pohjatutkimus Täydentävä pohjatutkimus ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 20 20

21 Pohjatutkimusten rooli hankkeen eri vaiheissa esimerkkinä tien yleissuunnitelman geotekninen suunnittelu ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 21 21

22 Maastotutkimusten yksikköhintoihin vaikuttavia muuttujia Rakennuspaikan maantieteellinen sijainti, korkeussuhteet, näkemäesteet, kulkukelpoisuus ja olemassa olevat rakennukset Maaperän tiiviys ja kivisyys Kairaussyvyys Tutkimuspisteiden lukumäärä Tutkimusohjelman monipuolisuus Vuodenaika ja säätila Kaluston kunto Tutkimusryhmän taito ja kokemus ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 22 22

23 Tutkimuspaikan vaikutus pohjatutkimuskustannuksiin (noin EUR tutkimushanke) ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 23 23

24 Kairaustyön tyypillinen työsaavutus (kairausmetriä) työvuoroa kohti eri tutkimusmenetelmillä ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 24 24

25 Auttaako tutkimusten suuri määrä? ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 25 25

26 Maaperätutkimuksissa käytettävä monitoimikairavaunu ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 26 26

27 Maaperätutkimuksissa käytettävä monitoimikairavaunu ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 27 27

28 Maaperätutkimuksissa käytettävä monitoimikairavaunu ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 28 28

29 Maaperätutkimuksissa käytettävä monitoimikairavaunu ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 29 29

30 Maastotallennin (esim. Rufco DL2) Rekisteröitäviä parametrejä: - Syvyys - Puristusvoima - Puolikierrokset - Vääntömomentti - Iskut - Pyöritysnopeus (ei aina rekisteröidä) ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 30 30

31 Raportointi - Yleistä Käytössä yleisesti Pääasiassa käytössä Infra-pohjatutkimusformaatti, joka on tehty sitä edeltäneen Tekla-formaatin pohjalta ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 31 31

32 Kairauspöytäkirjaan merkittäviä asioita Paikantamistiedot, Kairausaika ja kairauksen suorittaja, Kairausmenetelmä, Mahdollinen alkukairaus ja pohjaveden pinta, Tiedot mahdollisen suojaputken käytöstä, Syy kairauksen lopettamiseen, Kairan kuormitus ja sen muutokset eri syvyyksissä, Lyöntien ja puolikierrosten määrät eri syvyyksissä, Siipikairauksessa momentti, kiertymäkulma ja vastaava aika, Arvioidut maalajit ja kerrosrajat, Porakonekairauksessa kairan tunkeutumisnopeus ja tarkat tiedot kalustosta, Tiedot mahdollisista työn keskeytyksistä, ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 32 32

33 Geotekniset maastotutkimusmenetelmät Maastokatselmus Maa- ja kalliokairaukset - Tärykairaus - Painokairaus - Heijarikairaus - Puristin-heijarikairaus - CPT- ja CPTU-kairaus - Porakonekairaus - Kallionäytekairaus - SPT-kairaus ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 33 33

34 Geotekniset maastotutkimusmenetelmät In-situ-mittaukset - Siipikairaus - Pressometri - Ruuvikompressometri - Pohjaveden pinnan tason mittaus - Huokosvedenpaineen mittaus - Pohjaveden koepumppaus - Korroosiomittaus Geofysikaaliset luotaukset - Seisminen luotaus - Sähkövastusluotaus - Akustinen luotaus - Kaikuluotaus ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 34 34

35 Geotekniset maastotutkimusmenetelmät Näytteenotto, häiriintyneet näytteet - Koekuoppa - Kierre- ja lapiokaira - Kannukaira - Pienoismäntäkaira - Heijarikairan näytteenotin - Avoin putkiotin - (Vesi- tai ilmahuuhtelu) Näytteenotto, häiriintymättömät näytteet - Koekuoppa - Mäntäottimet ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 35 35

36 Kairausmenetelmien soveltuvuus ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 36 36

37 Maastokatselmus Maastokatselmuksessa voidaan havainnoida: - Pinnanmuodot ja kasvipeite - Kalliopaljastumat - Pintamaalajit - Kivisyys ja lohkareisuus - Kuopat, kaivannot (luiskat ja maalajit) - Pintavedet (avo-ojat, kaivot ja lammikot) - Olemassa olevat rakenteet ja perustukset - Täytöt ja niiden materiaalit - Lähiympäristön rakenteet ja niiden perustamistavat sekä kunto - Alueen aikaisempi käyttötarkoitus (maaperän pilaantuneisuus) - Salaoja- ja sadevesien purkupaikat Maastokatselmuksen perusteella tarkistetaan lopullinen pohjatutkimusohjelma. Helpoissa pohjarakennuskohteissa (B) voi olla yksinään riittävä pohjatutkimus (esim. avokallio) ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 37 37

38 Tärykairaus Kuormitustavaltaan dynaaminen menetelmä. Soveltuu tiiviin pohjakerroksen sijainnin määritykseen. Voidaan tehdä arvioita maakerrosten kivisyydestä ja lohkareisuudesta tekemällä saman pisteen ympärillä useita kairauksia ja vertaamalla tuloksia toisiinsa. Saadaan likimääräinen, epävarma tieto kallionpinnan sijainnista ja mahdollisesti kallion pinnan muodosta. Soveltuu erityisesti määräsyvyyteen ulottuviin kairauksiin, kun halutaan varmistua siitä, ettei esimerkiksi kallio ole tiettyä tasoa ylempänä. Soveltuu nopeaan, työnaikaiseen kovan pohjan sijainnin määritykseen (esim. onko putkilinjalla odotettavissa louhintaa) sekä täydentäväksi lisätutkimukseksi. Painokairausta nopeampi tehdä. Monitoimikairavaunut, porakonekairaus ja maatutka vähentänyt käyttötarvetta. Vanhojen tutkimusten käyttökelpoisuus arvioitava tapauskohtaisesti! ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 38 38

39 Tärykairaus - Kalusto Kevyt porauskalusto. (Monitoimikairavaunuissa on yleensä tärytyslaite). 22 tai 25 mm halkaisijaltaan olevat tangot (1m mittaisia). Kärkikappale poikkileikkaukseltaan pyöreä (voi olla myös neliönmuotoinen). Kärkikappaleen halkaisija yleensä sama kuin kairatankojen halkaisija. Myös irtokärjen käyttäminen mahdollista syvissä kairauksissa tai täyttöjä läpäistäessä (kairatankoja paksumpi ja jää maahan kairauksen lopuksi). Matalissa kairauksissa voidaan käyttää kairatankojen ja kärkikappaleen sijasta kallioporaa, jolloin tankoja pyörittämällä voidaan läpäistä myös ohuita kivisiä ja lohkareisia maakerrostumia ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 39 39

40 Tärykairaus - Suoritustapa Tärytetään kairatangostoa koneellisesti. Koneen oma paino toimii vastapainona. Kairaus suoritettava pystysuoraan. Kairatankoja on kierrettävä ainakin tankojen jatkamisen yhteydessä, jotta tunto- ja äänihavaintoja voidaan tehdä. Erityisesti kiinnitettävä kairauksen aikana huomiota maan kerrosrajoihin ja mahdollisiin välikerroksiin. Kairausta jatketaan annettuun ohjesyvyyteen tai niin syvälle, kuin päästään. Havainnoidaan mahdollisia esteitä. Kairauksen päättymisen syy rekisteröidään ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 40 40

41 Tärykairaus - Raportointi Kairauksesta rekisteröidään: - Päättymissyvyys ja -tapa - Kairaajan kommentit ja tulkitsemat maalajit Diagrammiin piirretään suora viiva siihen syvyyteen, mihin kaira on uponnut. Myös lähellä maanpintaa päättyneet tärykairaukset on tärkeää raportoida, koska kertovat maaperän kivisyydestä ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 41 41

42 Tärykairaus - Tulkinta Kairan tunkeutumisnopeuden ja kairauksen aikaisten ääni- ja tuntohavaintojen perusteella pyritään arvioimaan: - Maakerroksen maalajiryhmä - Kairauksen päättymisen syy Eri kalustoilla on hyvin eri iskuteho eikä samallakaan kalustolla aina vakio. Maakerroksen tiiveyden arviointi ei välttämättä ole mahdollista kairausvastuksesta/ tunkeutumisnopeudesta. Selvät maakerrosrajat voidaan mahdollisesti havaita (esim. siirtyminen pehmeästä savesta pohjalla olevaan tiiviiseen moreeniin). Tukipaalun pituutta voidaan arvioida tärykairauksen perusteella, jos löyhärakeisen kivettömän kerroksen alla on tiivis pohjakerros tai kallio. Tärykairauksen käytön perusajatus: Minne tärykairalla on päästy, ei voi olla kalliota. Jos kallion pinnan päällä on kivinen ja lohkareinen moreeni, tulokset kallionpinnan muodosta ovat epävarmoja ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 42 42

43 Painokairaus Kuormitustavaltaan staattinen menetelmä. Vanhin yleisesti Pohjoismaissa käytössä olevista pohjatutkimusmenetelmistä, suosituin kairaus Suomessa ja hyvin yleinen myös Ruotsissa. Menetelmän käytöstä on laaja empiirinen kokemus, johon tukeutuen kairausvastuksen perusteella arvioidaan usein myös alustavasti maakerrosten geoteknisia ominaisuuksia. Soveltuu käytettäväksi sekä pehmeiköillä että jopa keskitiiviissä moreeineissa. Painokairaus ei kuitenkaan ole tiiviiden ja kivisten maiden tutkimismenetelmä. Soveltuu erilaisten geoteknisten maalajikerrosten rajojen tunnistamiseen varsin hyvin (ja suhteellisen tiiviyden arviointiin). Ei sovellu kuitenkaan maaparametrien tulkintaan. Tukipaalujen pituus joissakin tapauksissa mahdollista määrittää ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 43 43

44 Painokairaus Painokairaus paljastaa usein maaperän pehmeät kerrostumat, joista voidaan ottaa näytteitä sekä tehdä mittauksia siipikairalla. Erityisesti äänihavainnoilla täydennettynä myös maakerrosten maalajeista voidaan tehdä kohtuullisen luotettavia arvioita. Menetelmän koneellistumisen myötä äänihavaintojen käyttömahdollisuudet ovat kuitenkin heikentyneet. Vaippavastus aiheuttaa tulkintaongelmia. Ohuet maakerrokset eivät usein erotu. Monitoimikairalla herkkyys menetetty, kairaus usein liian nopea ja lyöntivaihe poravasaralla epämääräinen ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 44 44

45 Painokairaus - Kalusto Kalustoon kuuluvat: - painosarja kg + 5 kg (painopuristin, painoteline + vääntövarsi), kairavaunu on korvannut käsikaluston käytön - 22 tai 25 mm halkaisijaltaan olevat tangot (1m mittaisia) - liitostapit - kärki ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 45 45

46 Painokairaus - Suoritustapa Tarvittaessa alkukairauksella avataan pintamaa. Ensin yritetään mitata, painuuko kaira pelkillä painoilla. Mitataan kokoajan minimipainomäärää, jolla kaira painuu. Jos painuma on yli 50 mm/s, tulee kokeilla pienempää painoa. Alle 20 mm/s nopeuksia ei tarvitse käyttää muutoin kuin täysillä painoilla (100 kg), jolloin vielä 5 mm/s nopeuksillakin kairan painumista odotetaan. Jokaisen kuormituksen muutoksen yhteydessä rekisteröidään kärjen syvyys ja kuormitus. Kun kaira ei painu täysillä painoilla (100 kg), aletaan tankoja kiertämään. Kiertäminen mitataan puolikierroksina. Jokaisen 20 cm matkalla tehdyt puolikierrokset rekisteröidään. Kuormitus koko ajan 1 kn (100 kg). Jos kesken kiertämisen kaira alkaa painumaan ilman kiertämistä, poistetaan heti kaikki painot ja aletaan uudelleen lisäämään kuormitusta minimipainomäärän löytämiseksi, millä kaira painuu. Jos tarvittaisiin yli 100 puolikierrosta per 20 cm painuma, otetaan painot pois ja kairaa lyödään. Kun kaira ei painu lyömälläkään, kairaus lopetetaan ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 46 46

47 Painokairaus - Raportointi Kairauksesta rekisteröidään: - Syvyys ja kairausvastus - Päättymistapa - Kairaajan kommentit ja tulkitsemat maalajit (maalajit tulostuvat pylvään sisään) Kairausvastus = kairan tunkemiseen tarvittava voima ja enimmäiskuormalla (1 kn) kierrettäessä 20 cm painuman syntymiseen tarvittavien puolikierrosten lukumäärästä. Diagrammiin piirretään pylvään vasemmalle puolelle kuormitus painuman tapahtuessa pelkillä painoilla. Pylvään oikealle puolelle piirretään puolikierrokset painuman tapahtuessa kiertämällä. Lyöntien merkiksi diagrammiin laitetaan L-kirjain ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 47 47

48 Painokairaus - Tulkinta Maakerrosrajojen ja maakerrosten rakenteen likimääräinen määritys kairausvastuksen, kairan käyttäytymisen ja muiden kairauksen aikana tehtävien havaintojen perusteella. Painokairauksen perusteella arvioituja maakerrosten ominaisuuksia täsmennetään näytteenotolla ja laboratoriotutkimuksilla sekä muilla kairauksilla kuten siipi ja porakonekairauksilla. Painokairaustulosta tulkittaessa on tunnettava maalaji, missä mittaus on tehty. (Sama vastus eri maalajeissa voi tarkoittaa toisistaan poikkeavia tiiveyksiä) ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 48 48

49 Painokairaus - Tulkinta Painokairaus on varmimmin tulkittavissa hiekassa, sorassa ja löyhissä moreeneissa. Keskitiiviissä ja tiiviissä moreeneissa sekä tiiviissä sorassa painokairausta ei saa uppoamaan lyömättä. Lyötäessä tiiveyserojen huomioiminen estyy. Koheesiomaassa suljetun leikkauslujuuden tulkinta painokairausvastuksesta on hyvin epävarmaa. Kokemusperäinen arvio: Jos kaira painuu kierrolla, niin suljettu leikkauslujuus on vähintään 20 kpa. Jos kaira puolestaan uppoaa 25 kg painolla, suljettu leikkauslujuus jopa alle 5 kpa. Myös silttimaan parametrien tulkinta painokairauksella on epävarmaa ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 49 49

50 Maalajiryhmän tunnistaminen painokairauksessa tehtävien havaintojen perusteella ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 50 50

51 Esimerkki käsikaluston ja koneellisen kairauksen tuloksen erosta Painokairaus käsikalustolla Painokairaus koneellisesti ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 51 51

52 Esimerkki painokairauksen tankokitkasta 1/ ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 52 52

53 Esimerkki painokairauksen tankokitkasta 2/ ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 53 53

54 Heijarikairaus Kuormitustavaltaan dynaaminen menetelmä. Paalupituuden ja -kantavuuden arviointi. Kitkamaakerrosten suhteellinen tiiviys. Maakerrostulkinta parhaimmillaan tiiviissä ja keskitiiviissä moreenissa ja kitkamaissa Vaippavastus voi antaa paalujen kantavuudesta liian positiivisen kuvan. Toisaalta paalun täysi kantavuus voidaan joskus saavuttaa jo päättymistason yläpuolella. Tunkeutumiskyvyltään huomattavasti paino- ja puristinkairausta tehokkaampi pohjatutkimusmenetelmä. Soveltuu tiiviiden maiden tutkimuksiin. Koheesiomaakerroksissa erottelukyky riittämätön. Pehmeissä ja löyhissä maissa se on liian järeä, jotta sillä voidaan erottaa erilaiset maakerrokset ja mitata luotettavasti niiden ominaisuuksia. Kivisessä moreenissa kairan tunkeutuminen on hyvin heikkoa ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 54 54

55 Heijarikairaus - Kalusto Heijari Kärkikappale (halkaisija 45 mm, poikkipinta-ala 16 cm2) 32 mm kairatangot (1m mittaisia) Kärkikappale on usein irtokärki, jotta tangoston ylösnostaminen helpottuu. Heijarin paino Suomessa käytettävässä heijarikairauksessa on 63,5 kg +/- 1 kg (vapaapudotusheijarikaira). Pudotuskorkeus on 50 cm ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 55 55

56 Heijarikairaus - Suoritustapa Jos kaira uppoaa maahan ilman lyöntiä, se painetaan ensin siihen syvyyteen, missä lyöntiä tarvitaan. Pudotetaan heijaria samasta korkeudesta kairatankoon kiinnitettyä pidikettä vasten. Jokaisella iskulla tehdään sama fysikaalinen työ Q * H. Tämä työ muuttuu kärkikappaleen alla olevaa maapohjan murtovoimaa vasten tehdyksi työksi. Mitataan, montako iskua 20 cm uppoumaa varten tarvitaan Sopiva lyöntitiheys on noin 30 iskua minuutissa. Savella maks. 30 lyöntiä/minuutti. Kairatankoja tulisi pyörittää iskusarjojen välillä, alussa 1m välein ja yli 10m syvyyksillä 20 cm välein. Näin saadaan kairatangot oikenemaan. Kairaus päätetään tavoitesyvyyteen tai silloin, kun pidempään on tarvittu enemmän kuin 1 isku/mm eli lyöntien määrä on yli 200/0,2m tunkeuma. Kairaus on lopettava viimeistään, kun lyöntien määrä on 400/0,2m tunkeuma ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 56 56

57 Heijarikairaus - Raportointi Kairauksesta rekisteröidään: - Lyönnit/20 cm tunkeuma - Päättymistapa - Kairaajan kommentit ja tulkitsemat maalajit (maalajit tulostuvat pylvään sisään) Diagrammiin piirretään pylvään oikealle puolelle kairausvastus eli lyönnit/20 cm tunkeuma. Kuvaaja piirretään katkoviivalla, jotta se erottuu painokairauksen diagrammista. Jos iskuja tarvitaan yli 100 per 20 cm painuma, niin iskujen lukumäärä per 20 cm painuma kirjataan diagrammiin ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 57 57

58 Heijarikairaus - Tulkinta Voidaan vertailla eri maakerrosten kairausvastusta toisiinsa ja saadaan käsitys maan lujuusominaisuuksista. Karkearakeisissa maalajeissa ja moreenimaalajeissa voidaan kairausvastuksen perusteella arvioida maakerrosten suhteellista tiiviyttä ja kaivuluokkaa. Pehmeiden savi- ja silttikerrosten geoteknisistä ominaisuuksista ei heijarikairaus anna selvää kuvaa. Ei voida luotettavasti erottaa kalliota ja lohkaretta toisistaan. Maalajikerrosten rajojen selvittäminen on epävarmempaa kuin painokairauksella. Siksi heijarikairauksen lisäksi on usein tarpeen ottaa näytteitä ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 58 58

59 Esimerkki väärästä tutkimusmenetelmästä ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 59 59

60 Puristin-heijarikairaus Yhdistetään kahden menetelmän hyvät ominaisuudet. Pystytään saamaan yhdestä pisteestä tehtävällä tutkimuksella varsin hyvä kuva sekä geoteknisten maalajikerrosten rajoista lähempänä maanpintaa olevissa pehmeissä maakerroksissa että hyvinkin syvällä olevien tiiviiden pohjamaakerrosten sijainnista. à Menetelmä soveltuu erityisen hyvin käytettäväksi rannikkoseudun syvillä pehmeikköalueilla. Heijausvaiheella pystytään läpäisemään tiiviit ja karkeat maakerrokset ilman kairausmenetelmän vaihtamista. Tiiviissä maassa saadaan enemmän tietoa kuin heijarikairalla. Soveltuu erinomaisesti hienojakoiseen kivettömään maahan. Erottelutarkkuus pehmeissä kerroksissa yleensä painokairausta parempi, ei kuitenkaan CPTU:n veroinen. Kuitenkin parempi kuin pelkkä heijarikairaus. Tankojen pyörittämisen vuoksi päästään kuitenkin keskimäärin syvemmälle puristusvaiheessa kuin CPTU-kairauksella. Kitkamaassa saadaan parempi kuva maan tiiviydestä ja kerrosrajoista kuin painokairalla. Kiviseen soraan menetelmä ei sovellu ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 60 60

61 Puristin-heijarikairaus Maakerrosten laatu ja laajuus. Paalupituuden ja kantavuuden arviointi. Vääntömomentin mittaus mahdollistaa vaippavastuksen arvioinnin. Tulkintamenetelmät vaativat kehitystyötä maaparametrien luotettavuuden parantamiseksi. Voidaan käyttää syvästabiloinnin laadunvalvontaan (erikoiskärjet) ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 61 61

62 Puristin-heijarikairaus - Kalusto Kairan kärki on sama kuin heijarikairauksessa (poikkipinta-ala 16 cm2) Kairatangot samoja kuin heijarikairauksessa (32 mm halkaisija) Jos puristusvoima vähintään 30 kn, tulee kairavaunun painon olla vähintään 4 tonnia. Kevyimmässä luokassa (puristusvoima vähintään 15 kn), kairavaunun painon tulisi olla vähintään 2 tonnia. Kairavaunun vääntömomentin on oltava vähintään 200 Nm. Kairauskalusto jaetaan suurimman puristusvoiman ja kairauskoneen painon perusteella seuraaviin kairausluokkiin: ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 62 62

63 Puristin-heijarikairaus - Suoritustapa Tarvittaessa alkukairauksella avataan pintamaakerros. Aloitetaan puristinkairauksella. Tankoja pyöritetään koko ajan nopeuden ollessa n. 12 kierrosta/minuutti. (Kärkivastuksen osuus kokonaisvastuksessa saadaan näin korostumaan) Rekisteröidään sekä puristusvoima että vääntömomentti. Puristusvoima mitataan 4-5 cm välein ja momentti 20 cm välein. Syöttönopeuden tulisi olla 20 mm/s +/- 5 mm/s. Kun on saavutettu suurin käytettävissä oleva puristusvoima, siirrytään heijarikairaukseen. Tankoja pyöritetään edelleen vakionopeudella. Kun lyöntien määrä per 20 cm laskee viiteen tai sen alle yli 0,4 m matkalla, siirrytään takaisin puristinkairaukseen. Jos tiedetään ennalta, että maakerrokset ovat ohuita (0-2m), ei vaihdeta heijarikairauksesta puristinkairaukseen. Näin tulosten tulkinta helpottuu, kun ei vaihdeta jatkuvasti puristuksen ja heijauksen välillä. Kairaus päätetään aina heijarikairaukseen ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 63 63

64 Puristin-heijarikairaus - Raportointi Kairauksen aikana rekisteröidään: - Puristusvoima - Vääntömomentti - Lyöntien määrä - Kairaussyvyys - Pyöritysnopeus (ei tallenneta) Pylvään vasemmalla puolella näytetään vääntömomentti. Pylvään oikealla puolella esitetään kärkivastus ja lyöntiluku ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 64 64

65 Puristin-heijarikairaus - Raportointi ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 65 65

66 Puristin-heijarikairaus - Tulkinta Kokonaispuristusvoima on laitteistolla kairatangon yläpäästä mitatun voiman ja tankojen painon summa. Kokonaiskärkivastus q c saadaan edellisestä jakamalla se kärjen poikkipinta-alalla. Jos halutaan tarkentaa tulkintaa, lasketaan nettokärkivastus q n vähentämällä kokonaiskärkivastuksesta vääntömomentin paljastama, hankauksesta johtuva osuus. Myös laitteiston koneistosta aiheutuvat kitkat tulisi huomioida. Alle 10 m syvyyksissä kokonaiskärkivastuksella ja nettokärkivastuksella ei ole juurikaan eroa. Jos heijarikairauksen osalta tulkintaa halutaan tarkentaa mitatun vääntömomentin avulla, voidaan mitatuista, 20 cm kohti tarvituista iskumääristä vähentää luku, joka saadaan kertomalla kokonaisvääntömomentin arvo (Nm) 0,04:llä. Saatua lukua nimitetään nettolyöntiluvuksi N n. Alun perin 20 cm kohti saatua lyöntimäärää nimitetään kokonaislyöntiluvuksi N ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 66 66

67 Puristin-heijarikairaus - Tulkinta ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 67 67

68 Puristin-heijarikairaus - Tulkinta Kokonaiskärkivastus suositellaan korvattavaksi nettokärkivastuksella, mikäli jokin seuraavista vaihtoehdoista täyttyy: - Täytekerros aiheuttaa suuren vääntömomentin - Vääntömomentti kasvaa merkittävästi kesken kairauksen - Puristusvaiheen kairaussyvyys ylittää 10 metriä Mikäli täytemaa aiheuttaa suuren vääntömomentin vain täytteen osalle, ei nettokärkivastusta käytetä. Vaippakitka (f s ) määritetään puristin-heijarikairauksen vääntömomentin perusteella, joten saatu vaippakitkan arvo ei ole todellinen verrattuna esimerkiksi CPTU-kairauksessa mitattavaan vaippakitkaan. Kärkivastuksen vaihtelu puristusvaiheessa aiheutuu kitkamaalajeissa useimmiten maakerroksen tiiviyden muutoksista ja/tai maalajien rakeisuuden muutoksista. Koheesiomaakerroksissa kärkivastuksen muuttuminen havaitaan selvimmin leikkauslujuuden muutoksia seuraamalla. Maalajien arviointi tehdään nettokärkivastuksen ja kairaajan tekemien havaintojen perusteella ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 68 68

69 Puristin-heijarikairaus - Tulkinta Maalajien tunnistaminen puristusvaiheen tuloksista perustuu toisaalta kärkivastuksen suuruuteen, toisaalta vääntömomentin ja kärkivastuksen suhteeseen. Savelle on tyypillistä tasainen tai lievästi nouseva kairausvastus ja momentti. Savinen lieju erottuu savesta yleensä heikomman kärkivastuksen nojalla. Liejussa on ominaista kärkivastuksen kasvu. Silttikerrokset aiheuttavat usein piikkisen muodon, momentti on suurempi kuin savella. Hiekassa kärkivastuksen muutokset ovat loivempia kuin siltissä. Maalajien arviointia on varmistettava näytteenotolla. Kairaajan tekemät havainnot ovat tärkeitä ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 69 69

70 Puristin-heijarikairaus - Tulkinta Siltin ja hiekan erottaminen heijariosuudesta on vaikeampaa kuin puristusosuudesta Kivettömässä hiekassa lyöntiluku on N 20 on suhteellisen tasainen. Siltissä lyöntiluku on hyvin samanlainen kuin hiekassa, mutta siltissä momentti on usein tasaisempi. Moreenin erottaa normaalista hiekasta selvästä lyöntiluvun kasvusta. Moreenissa momentissa tapahtuu tavallisesti suuria vaihteluita ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 70 70

71 Puristin-heijarikairaus - Tulkinta Heijarivaiheen nettolyöntiluku (N n ) voidaan muuntaa vastaamaan CPTU-kairauksen korjaamatonta kärkivastusta: q c =0,83[Mpa/l/0,2m)]*N n Tällöin kokonaiskärkivastuksen yksikkönä käytetään MPa ja nettolyöntiluvun l/0,2m. Puristusvoiman ja iskuluvun vastaavuutta tarvitaan seuraavissa tapauksissa: - Useita kairauspisteitä on lähekkäin ja joissakin on puristaminen onnistunut, mutta ei kaikissa. - Kärki on löyhässä hiekassa kohdannut kiven, jonka vuoksi on siirrytty heijarikairaukseen, mutta ei palatakaan takaisin puristinkairaukseen, vaikka se olisi mahdollista. - Lyhyellä matkalla pitäisi kairaustapaa vaihtaa useita kertoja, mutta sitä ei kuitenkaan tehdä. - Halutaan soveltaa CPTU:n tulkintamalleja heijarivaiheessa ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 71 71

72 Puristin-heijarikairaus - Tulkinta Geoteknisten parametrien arviointi on tehty CPTU-kairalle tutkittujen kaavojen avulla. Tuloksissa on kuitenkin eroa, koska kärkikappaleet ovat erilaisia. Laboratoriokokeiden perusteella CPTU-kärkivastus saadaan kaavalla: q c =1,07*q n Jos puristin-heijarikairauksen tuloksia tulkitaan CPTU-kairan kaavoilla, tulisi kaavojen käyttökelpoisuus varmistaa ko. alueella tehtävillä rinnakkaisilla mittauksilla. Puristusvaiheen tuloksia ei saa käyttää mitoitusparametrien määrityksessä, ainoastaan ohjeellisina ja suuntaa-antavina. Heijarikairausvaiheen tulosten tulkintaan pätee tavanomaisen heijarikairauksen tulosten tulkinnan lainalaisuudet ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 72 72

73 Puristin-heijarikairaus - Tulkinta Painokairan tankoihin kohdistuu syvissä kairauksissa (>10m) paljon puristin-heijarikairausta suurempi tankokitka. Esim. kuvassa painokairausvastus jopa kaksinkertaistuu, vaikka puristin-heijarikairalla maa on keskimäärin jopa löyhempää kuin yläpuolella oleva. Hyvin tiiviissä maassa painokairaa joudutaan lyömään, jolloin ei tiedetä lyötyjen iskujen määrää per 0,2m. Puristinheijarikairalla tällainen tiiviys selviää paremmin. Puristin-heijarikairan tunkeutumissyvyys on lisäksi parempi kuin painokairan ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 73 73

74 CPTU-kairaus Mitataan sähköisesti kärkivastus, vaippavastus ja huokospaine. Mittaus tapahtuu suoraan kärjessä maan alla. Kairaus pysähtyy kiveen tai lohkareeseen (kärki ei kestä lyömistä, pehmeikön alaraja hyvä olla tiedossa ennen kairausta). Soveltuu löyhän ja keskitiiviin maaperän ominaisuuksien arviointiin. Parempi erottelutarkkuus pehmeissä maissa kuin puristinheijarikairauksella Maaparametrit kalibroitava muilla menetelmillä. Etuja - Tarkkuus - Toistettavuus - Usean eri parametrin saman aikainen mittaus - Lähes jatkuva rekisteröinti - Nopeus - Kustannustehokkuus Käyttö: - Maalajien ja kerrosten määritys - Geoteknisten parametrien arviointi - Tarjoaa suoraan tuloksia geosuunnitteluun ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 74 74

75 CPTU-kairaus Ensisijainen käyttöalue on maaperän kerrosjärjestyksen selvittäminen ja maakerrosten geoteknisten ominaisuuksien alustava arviointi. Puristinkairaustulosten perusteella sitä täydentävät eristystutkimukset (in-situ-mittaukset, näytteenotto, jne) voidaan kohdistaa tarkoituksenmukaisimmalla tavalla. Kitkamaalajeissa puristinkairauksen perusteella voidaan arvioida mm. kitkakulmaa, kerroksen tiiviyttä ja maan muodonmuutosmoduuleita. Koheesiomaalajeissa puristinkairauksen perusteella pystytään vastaavasti arvioimaan mm. maan leikkauslujuutta ja konsolidaatiojännitystä / konsolidaatioastetta ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 75 75

76 CPTU-kairaus - Kalusto ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 76 76

77 CPTU-kairaus - Kalusto Huokossuodin Rakosuodin ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 77 77

78 Puristinkairan geometrinen muoto, osien nimet ja mitat ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 78 78

79 CPTU-parametrit Kärkivoima Kärkivastu s qc = = Kärjen poikkipinta - ala Q A c T Vaippaan vaikuttava voima Vaippakitk a fs = = Vaipan pinta - ala Q A s s Huokospaine u on kairauksen aikana rekisteröitynyt huokospaine. Huokospaine u 0 on maassa vallitseva tasapainohuokospaine (ennen kairausta). Huokospainelisäys Du on kärjen painamisen aiheuttama huokospainemuutos. u = u 0 + Du Pinta-alakerrointa a käytetään kärkivastuksen ja pinta-alakerrointa b käytetään vaippakitkan korjaamiseen. a = A A N T» (A T - A A T L ) b = (A L - A A S U ) ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 79 79

80 CPTU-parametrit Korjattu kärkivastus Korjattu vaippakitka Kitkasuhde qt» qc + u (1- a) ft» fs -[u b + 0,3 Δu [(1- a)/15- b]] R f = ft / qt 100% Normalisoitu nettokärkivastus = ( qt -s ' V 0 )/ s ' V 0 ( s ' = 0 maassa V vallitseva pystysuora jännitys) ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 80 80

81 Puristinkairauksen mittaustuloksia ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 81 81

82 CPTU-kairaus - Eurostandardin kairausluokat ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 82 82

83 CPTU-kairaus - Raportointi Kairauksesta raportoidaan: - Syvyys - Vaippavastus (kpa) - Kärkivastus (MPa) - Huokospaine (kpa) Lisäksi mahdollisesti tehtyjen lisämittausten kuten huokospaineen purkautumiskokeiden mittaustulokset ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 83 83

84 CPTU-kairaus - Tulkinta ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 84 84

85 CPTU-kairauksen tulosten tulkintaan tarvittavia tietoja Mittaustieto (tekla +raakadata) Käytetyn kärjen tiedot mm. - Mittausten kuormitusrajat - Kalibroinnin pvm, kalibrointikertoimet (nollalukemien muuttamiseen) - (Huokospaineen mittaustapa, normaalisti u 2 ) - Kärkivastuksen korjauskerroin - (Vaippakitkahylsyn pään pinta-alat) - (Kärjen pinta-ala, normaalisti 10cm 2 ) Alkunolla- ja loppunollalukemat Vedenpinnantaso (huokospainemittauksen tulkintaa varten) Lisäksi parametrien tarkempi määritys voi tarvita laboratoriokoetietoja. Eurostandardin myötä lista pidentyy, mitä tietoja suunnittelija saa kairaajalta ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 85 85

86 CPTU-kairauksen tulkintaperiaatteista Puristinkairauksen kärkivastus on sitä suurempi: mitä karkeampi materiaali on kyseessä mitä suurempi on päällä olevien maakerrosten paino mitä suurempi on maakerroksen vaakajännitys mitä tiiviimpi maakerros on kyseessä Puristinkairauksen kitkasuhde on: sitä pienempi mitä karkearakeisempi maakerros on kyseessä sitä pienempi mitä tiiviimpi kitkamaakerros on sitä pienempi mitä häiriintymisherkempi maalaji on sitä suurempi mitä suurempi on koheesiomaan konsolidaatioaste ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 86 86

87 CPTU-kairauksen tulkintaperiaatteista Puristinkairauksessa mitattava huokospaine on: sitä suurempi mitä hienorakeisempi maalaji on sitä suurempi mitä suurempi on koheesiomaan suljettu leikkauslujuus sitä pienempi mitä tiiviimpi kitkamaakerros on sitä pienempi mitä korkeampi on maakerroksen konsolidaatioaste sitä suurempi mitä häiriintymisherkempi maalaji on sitä pienempi mitä karkearakeisempi maalaji on kyseessä sitä hitaammin tasaantuva mitä hienoainespitoisempi maalaji on kyseessä ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 87 87

88 Maalajitulkinta - Silmämääräisesti kairausdiagrammista Pehmeä savi: - Tasainen tai lievästi syvyyden mukana nouseva kärkivastus ja vaippakitka. - Savisella liejulla savea pienempi kärkivastus. - Lieju mahdollisesti tunnistettavissa kärkivastuksen kasvusta ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 88 88

89 Siltti: Maalajitulkinta - Silmämääräisesti kairausdiagrammista - Ohuet silttikerrokset ilmenevät kärki- ja vaippavastuksen piikkeinä sekä huokosvedenpaineen laskuna alle maassa vallitsevan huokospaineen kerroksen kohdalla. - Paksummissa silttikerroksissa kärkivastus tekee terävää liikettä. Vaippakitka on suurempi kuin savella ja siinä on usein jatkuvaa pientä vaihtelua ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 89 89

90 Maalajitulkinta - Silmämääräisesti kairausdiagrammista Hiekka: - Hiekassa kärkivastuksen muutokset ovat paljon loivempia kuin silteillä. Kivettömässä tasarakeisessa hiekassa vaippakitka voi olla samankaltainen kuin savessa. - Kivisessä maaperässä suuria vaihteluita kärki- ja vaippavastuksessa. - Huokospaine on lähes sama kuin vallitseva huokospaine maassa ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 90 90

91 Maalajitulkinta Alustava maalajimääritys ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 91 91

92 Maalajitulkinta Koheesiomaalajien luokitus Jos maakerros on alustavassa maalajimäärityksessä tulkittu saveksi tai orgaaniseksi maaksi, tarkennetaan näiden maalajien osalta tulkintaa luokitusdiagrammeilla. Tarvitaan nettokärkivastus ja huokospainesuhde ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 92 92

93 Maalajin tiiviyden arvioiminen Maalajin tiiviyden arvioiminen nettokärkivastuksen perusteella ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 93 93

94 Koheesiomaan tiheyden arvioiminen ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 94 94

95 Tulosten tulkinta Suljettu leikkauslujuus Leikkauslujuus lasketaan joko mitatusta huokospaineesta tai kärkivastuksesta vähentämällä siitä maassa luonnostaan oleva vedenpaine tai maanpaine. N-kertoimet ovat empiirisiä ja tapauskohtaisia. => Jos huokospaine tai kärkivastus mitataan karkeasti väärin, niin virhe määritettävässä leikkauslujuudessa on hyvin suuri ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 95 95

96 Tulosten tulkinta Suljettu leikkauslujuus ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 96 96

97 Tulosten tulkinta Suljettu leikkauslujuus ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 97 97

98 CPTU-kairaus Tulkinta ja virhelähteet Väärä kärjen valinta - 1 t vs. 10 t Korjaamattomien parametrien käyttö - Varsinkin pehmeissä savimaissa merkittävä virhe Nollamittauksen siirtymä - Lämpötilan muutos nollamittauksen jälkeen Inklinaatio - Epäkeskinen kuormitus kärkeen - Väärä syvyys Kalibrointi - Kalibrointikertoimet muuttuneet Syvyyskorjauksen puute - Maalajitulkinnassa merkitystä Kärkikartion ja vaippahylsyn kuluminen Epäonnistunut suotimen kyllästys Väärä painamisnopeus ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 98 98

99 Virhelähteet - Korjaamattomien parametrien käyttö (a=0,59 1) ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi 99 99

100 Virhelähteet - Alku- ja loppunollalukemien poikkeama ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

101 Virhelähteet Kärjen inklinaatio ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

102 Virhelähteet Epälineaarisuus ja hystereesi ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

103 Virhelähteet - Kärkikartion ja vaippahylsyn kuluminen Mikäli sallitut toleranssit ylittyvät, voi mittausvirhe olla jopa 5 % ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

104 Virhelähteet - Epäonnistunut suotimen kyllästäminen ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

105 CPTU-kairauksen onnistumisen arviointi Kairauksen onnistumista voidaan arvioida: alku- ja loppunollalukemien poikkeamasta (erotuksesta) Ulostulon vakaudesta Lämpötilan muutoksesta testin aikana Maa-aineksen tunkeutumisesta kärkeen O-renkaiden aiheuttamasta kitkasta Kosteuden tunkeutumisesta kärkeen Ylikuormituksesta ja sen aiheuttamasta kalibroinnin menetyksestä Kärjen taipumisesta tai paikallisesta myötäämisestä ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

106 CPTU kairauskokeiden suunnittelu Miksi tutkitaan? Mitä tutkitaan? - Määritetään kairaukselta vaadittava tarkkuus? - Käytettävän kärjen kuormitusväli - 1t vs 10t - Parametrien määritys, maalajikerrokset, kantavan pohjamaan selvitys? - Parametrien tarkempi tulkinta vaatii mahdollisimman virheettömät tulokset Kairauspisteen sijainti - Etäisyys muihin kairauksiin 2m (tai enemmän, mikäli huuhtelua käytetty) - Alkukairausreikä kuivakuoren läpi - Herkällä kärjellä voidaan tarvita myös alkukairausreikä karkeiden pintakerrosten läpi (täyttömaa) Lopetussyvyys - Onko aiempaa tietoa kovasta pohjasta? Kallio? Kivi? Hiekka? - Herkkä kärki rikkoutumisherkempi - Aiempi kairaustietoa lähes pakollista/tehtävä viereen painokairaus lopetussyvyyden määrittämiseksi ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

107 Siipikairaus Pehmeän maan (savi, siltti) suljettu leikkauslujuus ja häiriintymisherkkyys. Mitataan sylinterimuotoisen leikkauspinnan muodostumisen edellyttämä momentti. Suljettu leikkauslujuus määritetään momentin ja leikkauspinnan geometrian avulla. Mittausvälisuositus 0,5m, alemmissa savikerroksissa 1,0m (tai 2,0m) Kaluston kalibrointi tärkeää Tulosten redusointi tärkeää, erityisesti humuspitoisilla savilla. Virhelähteitä: leikkausnopeus, kitka, maan häiriintyminen ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

108 Siipikairaus - Kalusto Perusosat: - Momenttimittari - Kairatangot - Siipi Lisäksi voi olla: - Suojaputkia - Kulmaliikekytkin ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

109 Siipikairaus Mekaaniset momenttimittarit Nilcon-momenttimittari Momenttiavain Geonor ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

110 Siipikairaus Sähköiset momenttimittarit 1/2 Tangon pyöritys ja momentin mittaus maanpäältä. Geomachine - GM 4W Geotech AB EVT ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

111 Siipikairaus Sähköiset momenttimittarit 2/2 Momentin mittaus siiven yläpuolelta. Pyöritysmoottori joko maanpäällä tai siiven yläpuolella. ENVI MemoVane A. P. Van den Berg - VATAP ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

112 Siipikairaus Siipikairan alaosa Tyypillisesti käytetään vain kairatankoja, kulmaliikekytkintä ja siipeä (kuva 3b). Tällöin vaippakitka maan ja kairatankojen välillä voidaan periaatteessa määrittää. Suojaputkia/siipiputkea käytettäessä ei käytetä kulmaliikekytkintä. Tällöin vaippakitka oletetaan merkityksettömän pieneksi. Siipi voi olla alapäästään viistetty tai suora. Käytettävät siipikoot: - 55 x 110 mm, - 65 x 130 mm, - 80 x 160 mm ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

113 Siipikairaus - Suoritustapa Kaira painetaan maahan pystysuoraan mahdollisimman tasaisesti. Siipiputkea käytettäessä siipi on kairaa maahan painettaessa yläasennossaan. Siipiputki painetaan siipikairan mallista riippuen mm päähän halutusta kairaussyvyydestä. Siipi painetaan tämän jälkeen jatkuvalla hitaalla liikkeellä ulos suojaputkesta miesvoimin tai koneellisesti haluttuun syvyyteen. Mikäli suojaputki ei pysy halutussa syvyydessä, tulee suojaputki ankkuroida paikalleen. Ilman siipiputkea olevassa kairamallissa kaira painetaan tangoista mm etäisyydelle halutusta kairaussyvyydestä. Kun kaira painetaan lopulliseen syvyyteen, se on tehtävä hitaasti ja tasaisesti. Tämän jälkeen momenttimittari kiinnitetään suoraan kairatankoihin ja kulmaliikekytkintä kierretään vastapäivään siten, että tankojen vaippavastus voidaan mitata. Kairaussyvyys on siiven keskikohdan syvyys ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

114 Siipikairaus - Suoritustapa Vääntömomenttia mitattaessa siipeä kierretään kaikilla laitteilla tasaisella, jatkuvalla liikkeellä. Varsinainen mittaus tehdään aina vakionopeudella siten, että tankojen kiertymisnopeus on 0,1 sekunnissa (6 minuutissa). Tankojen kiertonopeutta on tarkkailtava kellon avulla koko mittauksen ajan. Tähän kiertonopeuteen vaadittava mittalaitteen veivin kiertonopeus on laitekohtainen. Yleensä veivin kiertonopeus on yksi kierros yhdessä tai kahdessa sekunnissa. Mittauksissa havaitaan mittalaitteen suurin vääntömomentti ja sen saavuttamiseen kulunut aika. Siiven kiertoa jatketaan riittävästi maksimikohdan yli, jotta voidaan varmistua siitä, että maksimi on todella saavutettu. Tarvittava maksimikohdan jälkeinen kiertoaika vastaa useimmiten huippuarvon saavuttamiseen kulunutta aikaa. Näin määritettävä lujuuden loppuarvo on maan jäännöslujuus ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

115 Siipikairaus - Suoritustapa Häiritty leikkauslujuus määritetään momenttimittarista riippumatta siten, että siipeä pyöritetään mittaussyvyydessä 20 täyttä kierrosta (20x360 ) nopeudella 1 kierros/1-2 sekunnissa. Tämän jälkeen häirittyä lujuutta vastaava maksimimomentti mitataan samoin kuin häiriintymätön suljettu leikkauslujuus. Häirittyä lujuutta mitattaessa ei yleensä ilmene maksimikohtaa, vaan mittarin osoitin nousee aluksi hitaasti ja jää sen jälkeen osoittamaan vakiovastusta. Kun häiritty leikkauslujuus on mitattu, nostetaan siipi siipiputkea käytettäessä takaisin yläasentoonsa (suojakotelon sisään) ja lukitaan paikalleen. Siipi voidaan työntää tämän jälkeen seuraavaan mittaussyvyyteen ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

116 Siipikairaus - Tulkinta = ( ) ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

117 Siipikairauslujuuden redusointi plastisuusluvun ja juoksurajan perusteella ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

118 Siipikairauslujuuden redusointi suljetun tilan leikkauslujuuden ja pystyjännityksen perusteella ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

119 Siiven kiertonopeuden vaikutus eräällä savella havaittuun suljetun leikkauslujuuden arvoon ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

120 Siipikairaus - Raportointi Kairauksesta raportoidaan: - Mittaus syvyydet, - Häiriintymätön suljettu leikkauslujuus, - Häiritty suljettu leikkauslujuus, - Häiriintymättömästä ja häiritystä lujuudesta laskettu sensitiivisyys, - Jäännöslujuus, - Päättymistapa. - Kairaajan kommentit ja tulkitsemat maalajit Diagrammiin piirretään pylvään oikealle puolelle häiriintymätön leikkauslujuus ja katkoviivalla häiritty leikkauslujuus ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

121 Porakonekairaus Kallionpinnan varmistaminen (ainut varma menetelmä). Tunkeutumiskyvyltään tehokkain pohjatutkimusmenetelmä; menetelmällä voidaan läpäistä kaikki maakerrokset aina kiinteään kallioon asti. Täytekerroksen läpäisy sekä sen paksuuden ja laadun arviointi. Kivinen ja lohkareinen maaperä. Kallion laadusta suhteellinen käsitys. Porauksen tunkeutumisnopeus riippuu voimakkaasti mm. käytettävän kaluston kunnosta, tehosta ja muista teknisistä ominaisuuksista. Porarin havaintojen dokumentointi tärkeää. Käyttöalueita: - Kallionpinnan määritys, - Kallion pintanäytteen otto, - Kalliolaadun arviointi, - Pohjavesiputken asennus, - Täytemaakerrosten läpäisy, - Työputkien asennus ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

122 Porakonekairaus - Kalusto Porakone Huuhtelulaite (kompressori tai vesipumppu) Kruunu (halk. 45mm, 48mm tai 64 mm) Kairatangot (1, 1 ¼ tai 1 ½ ), tangon pituus 0,8-3,0m Suojaputket ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

123 Porakonekairaus - Suoritustapa Matalat, kivettömien maiden läpi tehtävät tutkimukset voidaan tehdä pelkällä jatkotankokalustolla (isku ja pyöritysosat maan pinnalla). Usein on kuitenkin tarve käyttää suojaputkia, jotta kruunu saadaan ylös maasta kairauksen jälkeen ja tarvittaessa suojaputken läpi voidaan tehdä muitakin tutkimuksia esim. täyttökerroksen alta. Suojaputki voidaan asentaa kahdella tavalla: - Keskisellä porausmenetelmällä tai - Epäkeskisellä porausmenetelmällä ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

124 Porakonekairaus - Suoritustapa Kairauksen aikana havainnoidaan ainakin seuraavia asioita, jotka kirjataan kairauspöytäkirjaan: - Maakerrosten rajat - Routakerroksen paksuus - Täytemaakerroksissa esiintyvät kappaleet (metallit, puu, betoni jne.) - Kairauksella lävistettyjen kivien ja lohkareiden sijainti ja läpimitta - Kaluston kiinnijuuttumiset reikään - Porakruunun vaihdot ja poikkeuksellinen kuluminen - Kallionpinnan sijainti - Tunkeuma (aika-painuma havainnot) kalliokairauksessa (s/0,2m) - Kallion rikkonaiset vyöhykkeet ja merkittävät raot - Huuhteluilman ja veden mukanaan tuoman porasoijan väri kalliokairauksessa - Huuhteluilman ja veden ylösnousussa esiintyvät vaihtelut - Pohjaveden pinta - Vasaratyyppi syöttövoima porakruunu ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

125 Porakonekairaus - Suoritustapa Kun poraus on saatu kallioon, varmistetaan kallion olemassa olo yleensä poraamalla kallioon reikää useampia metrejä, jotta varmistutaan ettei kyseessä ole vain iso lohkare. Havainnoimalla, kuinka monta sekuntia kuluu 20 cm etenemiseen porauksessa, saadaan piirrettyä diagrammeja, joista ilmenee kallion laadun vaihtelut. Porausjauheesta (soijasta) voidaan ottaa myös näytteitä. Kalliosta voidaan ottaa myös sydännäytteitä tarkempia tutkimuksia varten ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

126 Porakonekairaus - Raportointi Tulkittu maalaji Syvyys ja aika (s) /20 cm painuma ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

127 Porakonekairauksen ja kallionäytekairauksen tulosten esitystapa ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

128 Porakonekairaus - Tulkinta Kallioperän pintaosa voi olla hyvin rikkonaista ja rakoilevaa kiveä tai kitkamaalajien kaltaista enemmän tai vähemmän löyhää massaa. Kalliota peittävän tiiviin kitkamaan kairausvastus voi olla samaa luokkaa kuin rikkonaisen kallion. Täysin rapautuneen kallion kairausvastus voi olla jopa pienempi kuin sen päällä olevan tiiviin kitkamaakerroksen. Porakonekairauksessa kallion pinnalla tarkoitetaan sitä tasoa, jossa poran tunkeutumisnopeuden pieneneminen on äkillinen ja selvä. Kallion pinta on saavutettu, jos keskimääräinen tunkeutumisnopeus pysyy pienenä jatkettaessa kairausta edelleen vähintään 3 metriä. Kairausvastuksen eroista eri maakerroksissa ei saada luotettavia havaintoja ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

129 Näytteenotto Perinteinen määrittely: - Häiriintynyt näyte (maalajin sisäinen rakenne on muuttunut, mutta kaikki osat ovat tallella ja oikeissa suhteissa - Häiriintymätön näyte (edustaa luonnontilaista maata) Useita näytteenotintyyppejä, näytteen määrä ja laatu vaihtelevat (esim. sekoittuminen ylempiin kerroksiin joillakin näytteenottimilla). Häiriintyneistä näytteistä määritetään luokitusominaisuudet (rakeisuus, vesipitoisuus, routivuus, humuspitoisuus jne.). Lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet määritetään vain häiriintymättömistä näytteistä ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

130 Näytteenottimien soveltuvuus valittaessa näytteenotinta erilaisten maanäytteiden ottoon Maalajiryhmät I Eloperäiset maalajit II Savi III Kuivakuorisavi IV Siltti V Hiekka VI Sora VII Moreeni Merkinnät tyhjä = saadaan yleensä hyviä näytteitä = voidaan saada tyydyttäviä näytteitä = ei saada yleensä käyttökelpoisia näytteitä tai otinta ei normaalisti käytetä ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

131 Näytteenottimien soveltuvuus valittaessa näytteenotinta erilaisten maanäytteiden ottoon ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

132 Maanäytteiden laatuluokat Perinteinen tapa maanäytteiden laatuluokitteluun on ollut kaksijakoinen: Häiriintyneet näytteet Häiriintymättömät näytteet Eurokoodijärjestelmän mukaisesti laboratoriokokeita varten otettavat maanäytteet jaetaan viiteen laatuluokkaan niiden maan ominaisuuksien perusteella, joiden oletetaan säilyvän muuttumattomina näytteenoton sekä näytteen käsittelyn, kuljetuksen ja säilytyksen aikana. Näytteenottomenetelmät jaetaan vastaavasti kolmeen laatuluokkaan otettavilta näytteiltä vaadittavan laatuluokan mukaisesti ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

133 Maanäytteiden laatuluokat (Eurokoodi 7 osa 2) Laatuluokan valinta tulee perustua vaadittaviin näytteen laatuvaatimuksiin laboratoriotutkimuksia varten sekä ottaa huomioon odotettavissa olevat maalajit ja pohjavesiolosuhteet ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

134 Maanäytteiden laatuluokat Laatuluokan 1 tai 2 mukaisia näytteitä voidaan saada vain näytteenottomenetelmällä A. Tarkoituksena on saada näytteitä, joissa näytteenottomenettelyn tai näytteiden käsittelyn aikana ei ole tapahtunut maarakenteen häiriintymistä. Vesipitoisuus ja huokosluku vastaavat kohteen arvoja. Näytteenottoluokan B menetelmillä ei voi saada laatuluokkaa 3 parempia näytteitä. Näytteet sisältävät kaikki kohteen maan aineosat niiden alkuperäisten osuuksien suhteessa, ja maa on säilyttänyt alkuperäisen vesipitoisuutensa. Maan rakenne on häiriintynyt. Näytteenottomenetelmän C menetelmillä ei voi saada laatuluokkaa 5 parempia näytteitä. Maan rakenne on muuttunut. Vesipitoisuus ei edusta luonnollista vesipitoisuutta ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

135 Näytteenottomenetelmien soveltuvuus C Karkearakeinen maa F Hienorakeinen maa Soveltuvuus: 1 Hyvin 2 Keskinkertaisesti 3 Huonosti ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

136 Häiriintymätön näytteenotto ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

137 Häiriintymättömien näytteiden ottamisen periaate Avoin otin Mäntäotin ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

138 Erityyppisiä mäntäkairoja a) ST I tyyppinen b) ST II tyyppinen c) norjalaistyyppinen d) foliomäntäkaira ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

139 Häiriintyneiden näytteiden otto ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

140 Koekuoppa ja siitä tehtävät havainnot Maakerrokset ja niiden ominaisuudet Kalliopinnan sijainti ja kaltevuus Pohjavesi Seinämien pysyvyys Kaivettavuus (kivisyys ja lohkareisuus) Lisäksi voidaan ottaa häiriintymättömiä ja häiriintyneitä näytteitä HUOM! Ilman huolellista tiivistämistä koekuopan kohta ei täytön jälkeen vastaa tiiveydeltään luonnontilaista maata! HUOM! Koekuoppatutkimuksiin liittyen on erittäin tärkeää muistaa huolehtia myös työturvallisuudesta! ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

141 Koekuoppakortti ja -piirustus ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

142 Pohjavesiputki Sijoitetaan maa- tai kallioperään pohjaveteen ulottuva, vettä johtava putki. Havaintoputken suodatinosa parhaiten vettä johtavaan maakerrokseen. Maakerrosrajat määritetään pohjatutkimuksilla. Tarvittaessa myös huonosti johtavaan kerrokseen (viivemittaukset). Orsivedenpinnan korkeus tarvittaessa erikseen orsivesiputkella. Suodatinosan sijoitukseen vaikuttaa myös näytteen-ottotarve ja tutkittavan haitta-aineen laatu ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

143 Pohjavesiputki Luotettava tapa mitata pohjavedenpinnan korkeusasema ja vaihtelut (jos havaintojakson pituus on riittävä). Uusi tekniikka mahdollistanut helpomman jatkuvan seurannan. Maaperän rakeisuus: - Karkeasta materiaalista silttiin asti - Savessa käytettävä huokosvedenpainemittausta Voidaan käyttää: - Pohjavedenpinnan korkeustason havainnointiin - Pohjavesinäytteenottoon - Mittalaitteiden asennukseen - Koepumppauksiin - Maaperän in-situ-kuvaamiseen (läpinäkyvät PVC-putket) Käyttötarkoitus vaikuttaa putken halkaisijaan ja materiaaliin: - Näytteenottoon soveltuvin on suuriläpimittainen (sisähalkaisija 52 mm) muoviputki - Rauta- ja teräsputket yleensä lyhytaikaisia ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

144 Pohjavesiputket - Tarvittavat lähtötiedot Lähtötietoja: - Kartta-aineisto, - Aikaisempi pohjatutkimustieto, - Tehdyt kairaukset, - Maastokatselmus. Pyritään sijoittamaan putki jokaiseen kallion rajoittamaan pohjavesialtaaseen. Pohjavedenpinnan alenemiselle alttiit kohteet. Huomioitava helppo saavutettavuus ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

145 Pohjavesiputkien sijoittelu kerroksellisessa maaperässä ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

146 Lyhyt- ja pitkäaikaiset havaintoputket Eroja: - Putken rakenne, - Toiminta-aika, - Toimivuus eri maaperäolosuhteissa, - Asennustekniikka. Putkimateriaalit - Teräs, - Muovi (PVC, PEH/HDPE). Suojaputket ja lukittavat putket ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

147 Lyhytaikainen pohjavedenpinnan havaintoputki ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

148 Pitkäaikainen pohjavedenpinnan havaintoputki ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

149 Pohjavesiputket - Asennus Asennuksessa käytetään yleensä maaputkikairauskalustoa. Havaintoputki sijoitetaan haluttuun syvyyteen työputken avulla (pienet teräsputket myös ilman). Asennussyvyys ja siiviläosan sijainti määritetään kairaustulosten perusteella. Siiviläosan sijoittamiseen vaikuttaa myös putken käyttötarkoitus. Pitkäaikaisessa putkessa käytetään suodatinhiekkaa. Putken yläpään ympärille tiivistysrakenne. Putki huuhdellaan puhtaaksi ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

150 Pitkäaikaisen pohjaveden havaintoputken asennusvaiheet ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

151 Pohjavesiputket - Mahdolliset virhelähteet Putken tukkeutuminen. Vuotavat liitokset tai pintaveden pääsy putkeen. Eri vesipintojen sekoittuminen (orsivesi). Mittaaminen ennen vedenpinnan tasaantumista. Virhe putken asennuksessa (esim. syvyys) ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

152 Pohjavesiputket - Kunnossapito Putken toimivuuden tarkistus: - Asennuksen yhteydessä, - Tietyin väliajoin (esim. kerran vuodessa), - Kun on syytä epäillä putken tukkeutumista. Tarkistuksen suoritus: - Mitataan pohjavedenpinnan korkeustaso, - Täytetään putki vedellä ja mitataan pinnan laskeutumisnopeus, - Verrataan tulosta aikaisempiin mittauksiin. Putken alapään syvyyden mittaamisella voidaan arvioida siiviläosan tukkeutuneisuutta ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

153 Pohjavesiputket - Raportointi ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

154 Geoteknisten parametrien arviointi kairausvastuksesta Karkean siltin ja hiekan lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien arviointi puristin-, paino- ja heijarikairausvastuksen perusteella (Pohjarakennusohjeet sillansuunnittelussa, TIEL ) ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

155 Geoteknisten parametrien arviointi kairausvastuksesta Kairausvastukseen perustuva lujuus- ja muodonmuutosparametrien arviointi soralla ja moreenilla (Pohjarakennusohjeet sillansuunnittelussa, TIEL ) ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi

156 Kuivakuorikerroksen alarajan tulkinta ; Pohjatutkimusten ohjelmointi sekä tulosten käsittely ja tulkinta; Petteri Ukonjärvi