Loppuraportti

Transkriptio

1 1 VEBETER Vedenalaisten betonirakenteiden kunnon seuranta ja käyttöiän pidentäminen Loppuraportti Teemu Pirinen, Matti Havuaho, Juha Karvonen, Sirpa Laakso

2 2 SISÄLLYSLUETTELO 1 PERUSTIEDOT HANKKEESTA Hankkeen ja toteuttajan tiedot Ohjausryhmän jäsenet 5 2 HANKKEEN LÄHTÖKOHDAT, TAVOITTEET JA KOHDERYHMÄ Hankkeen lähtökohdat Tavoitteet Kohderyhmä 11 3 HANKKEEN TOTEUTUS 13 4 TUTKIMUSLAITTEET Kimmovasara Peitekerrosmittari Ultraäänimittari 29 5 PAIKANMÄÄRITYS JA TIETOMALLIT Paikanmääritys tutkimuksissa Tietomallit tutkimuksissa 39 6 SUKELLUSTUTKIMUKSET WP2 Sukellustutkimukset WP4 Sukellustutkimukset 55 7 YHTEENVETO 67 8 OPINNÄYTETYÖT 71

3 3 LIITTEET Liite 1. Keisarinluodon laituri tutkimustulosten yhteenveto Liite 2. Melkin laiturin ja öljylaiturin tutkimustulosten yhteenveto Liite 3. Kimmovasaran työohje Liite 4. Betonipeitepaksuusmittarin työohje Liite 5. Messumatkaraportti

4 4 1 PERUSTIEDOT HANKKEESTA 1.1 Hankkeen ja toteuttajan tiedot Hankenimi: VEBETER- Vedenalaisten betonirakenteiden kunnon seuranta ja käyttöiän pidentäminen Kokonaistoteutusaika: Hankenumero: A KyAMK-hankenumerot: ZD1358, ZD1359 Tavoiteohjelma: Hallinnoija: Toimipiste: Vastuuhenkilö: Projektipäällikkö: Projektityöntekijät: Keskeiset yhteistyötahot: Euroopan aluekehitysrahasto, ES2 Etelä-Suomen Alueellinen kilpailukyky ja työllisyystavoite-ohjelma, innovaatiotoiminnan ja verkostoitumisen edistäminen sekä osaamisrakenteiden vahvistaminen Kymenlaakson ammattikorkeakoulu Oy KyAMK Tekniikan ja liikenteen kampus Pääskysentie 1, Kotka Juhani Talvela Sirpa Laakso Juha Karvonen Teemu Pirinen Matti Havuaho Timo Lyytikäinen HaminaKotka Satama Oy Helsingin Satama Oy Insinööritoimisto Matti Pitkälä Oy, Vantaa Liikennevirasto, Helsinki Matti Ruuti Oy, Lahti Mikkelin Ammattikorkeakoulu

5 5 1.2 Ohjausryhmän jäsenet Nimi: Yritys: Tehtävä hankkeessa: Räsänen Ossi Liikennevirasto; Helsinki Siitonen Pekka Liikennevirasto, Lappeenranta Matala Seppo Liikennevirasto / Matala Consulting Saukkonen Veikko Helsingin Satama Oy Puheenjohtaja Kärki Hannu Helsingin Satama Oy Varajäsen Jokimies Teppo HaminaKotka Satama Oy Pitkälä Matti Ruuti Matti Insinööritoimisto Matti Pitkälä Oy Matti Ruuti Oy Talvela Juhani KyAMK Vastuullinen johtaja Julku, Jorma Tekes, Lappeenranta Laakso, Sirpa KyAMK Projektipäällikkö Pirinen, Teemu KyAMK Projektiasiantuntija

6 6 2 HANKKEEN LÄHTÖKOHDAT, TAVOITTEET JA KOHDERYHMÄ 2.1 Hankkeen lähtökohdat Rakenteiden käytönaikainen ylläpito on yksi vaihe rakenteiden elinkaaressa. Ylläpidon merkitys on helppo hahmottaa asuinrakennuksissa, joissa normaaleja huoltotoimenpiteitä ovat esimerkiksi ilmanvaihtokoneiden suodattimien vaihdot ja tyypillistä kunnostusta ovat pintarakenteiden uusimiset ja puupintojen maalaukset. On siis itsestään selvää että rakennuksien kunnosta huolehditaan. Ehkä vielä tärkeämpää ylläpito on suurissa infrarakenteissa, joissa käyttöiäksi voi olla määritetty 100 vuotta ja uudelleenrakentamisen kustannukset voisivat olla miljoonia tai kymmeniä miljoonia euroja. Kuva 1. Rakenteen tyypillinen elinkaari Olemassa oleva rakennuskanta ja infrastruktuuri on pidettävä kunnossa oikea-aikaisin sekä oikein valituin korjaus- ja kunnossapitotoimenpitein. Tämä edellyttää tietoa rakenteiden kunnosta. Tietoa saadaan esimerkiksi kuntotutkimuksilla, joihin saattaa kuulua sekä ainetta rikkomattomia tutkimuksia tutkimuskohteessa että laboratoriotutkimuksia tutkimuskohteena olevista rakenteista irrotetuista näytteistä tai koepaloista. Maanpäällä sijaitsevien rakennuksien ja samoin sillan yläosissa sijaitsevien kansirakenteiden kuntotutkimuksiin on jo kehitetty vakiintuneet hyvät käytännöt. Niissä rakenteet on helposti hahmotettavissa ja suurelta osin meidän jokaiselle omin silmin nähtävissä. Sen sijaan vedenalaisten rakenteiden tarkastuskäytännöt ovat kirjavia. Tämä johtuu siitä, että veden alla sijaitsevat rakenteet ovat vaikeasti tutkittavissa. Lisäksi rakenteet ovat piilossa eikä niistä ehkä siksi osata olla huolissaan. Tämä koskee sekä betoni- että teräsrakenteita ja myös puurakenteita niiltä osin kuin niitä edelleen löytyy käytössä olevista rakenteista. Suomessa on runsaasti eri-ikäisiä vedenalaisia teräsbetonirakenteita esimerkiksi satamissa, silloissa ja voimalaitoksissa. Nämä rakenteet ovat edellytys liikenteelle, lastaukselle ym. toiminnalle näissä kohteissa ja on selvää että rakenteiden on oltava käyttökuntoisia ja kestettävä niihin kohdistuvat kuormat. Esimerkiksi satamarakenteita rasittaa alusliikenteen ja ympäristön aiheuttamat kuormat sisältäen muun muassa potkurivirtauksia, alusten nojaus-

7 7 ja törmäyskuormia, jääkuormia, vedenpaine- ja aaltokuormia, suola- ja pakkasrasituksia jne. Näistä kuormista johtuen rakenteet ajan mittaan usein vaurioituvat ja on selvää että niitä on tarpeen mukaan kunnostettava. Eräässä maamme suurimmista satamista tehtiin laiturirakenteille vajaan kymmenen vuoden aikana noin 100 tarkastusta ja lähes kaikissa tarkastuskohteissa on jouduttu aloittamaan korjaustöitä. Vaikka kyseisessä satamayhtiössä ylläpito on kokeneiden ammattilaisten käsissä voi kuitenkin kysyä: - Olisiko tarkempien tutkimusmenetelmien avulla saatu lisää tietoa ja olisiko osa korjauksista voitu välttää turhana? - Jäikö jotakin oleellista kuitenkin korjaamatta? Vedenalaisten rakenteiden kuntoa ja kunnon heikkenemistä on harvassa kohteessa systemaattisesti tutkittu ja päätös korjaus- ja kunnossapitotoimenpiteistä on liian usein tehty ainoastaan rakenteen aistinvaraisen tarkastelun perusteella. Korjaaminen on joko jätetty tekemättä tai kalliisiin korjaustoimenpiteisiin on päädytty pelkästään silmämääräisen tarkastelun perusteella. Joskus korjaukseen päädytään turhaan. Niinpä korjauspäätösten tulisi perustua tarkempaan tutkimukseen, sillä vedenalaisten rakenteiden korjaamisessa kustannukset nousevat hankalista olosuhteista johtuen huomattavan korkeiksi. Esimerkiksi yhden vesirakenteeseen kuuluvan järeän tukipaalun korjaus saattaa maksaa veden alla jopa kymmeniä tuhansia euroja. Tarkempien tutkimusten edellytyksenä tarvitaan vedenalaisille rakenteille soveltuvia tarkkoja tutkimus- ja testausmenetelmiä. Tämä toteutuu ja on jo vakiintuneena käytäntönä tyypillisessä rakennuksen korjausrakentamisen kuntotutkimuksessa. Käytännöt vesirakenteiden tutkimuksissa vaihtelevat. Viime vuosina käytössä olleita tyypillisiä menetelmiä vedenalaisten rakenteiden tutkimiseen on lueteltu alla. Niitä on käytetty tutkimuskohteissa joko yksin tai useampaa samanaikaisesti. - Sukeltaja tarkastaa silmämääräisesti rakenteet ja kuvaa ne - Rakenteista porataan näytteitä laboratoriotutkimuksia varten - Teräsrakenteita tutkitaan ultraäänellä - Rakenteille ja vesistön pohjalle rakenteiden alla ja/tai vieressä tehdään kaikuluotauksia - Veteen on jätetty/asennettu referenssikappaleita, jotka voi nostaa ylös rakennusmateriaaleille syntyvien vaurioiden helpompaa ja yksityiskohtaisempaa tarkastelua varten

8 8 2.2 Tavoitteet Ajatus vedenalaisten rakenteiden ylläpitoon liittyvästä projektista syntyi itsestään eri rakentamisen toimialojen asiantuntijoiden välisessä kanssakäymisessä. Yhteisissä tapaamisissa ja keskusteluissa voitiin heti todeta että mikäli suunnittelijoiden, urakoitsijoiden, kuntotutkijoiden, ylläpitäjien ja kenties vielä laajemmin muidenkin osapuolten asiantuntemus kootaan yhteen ja siihen lisätään uusimmat teknologiat ja sovellukset voidaan yhdessä kehittää ja löytää ratkaisuja, joilla vedenalaisten rakenteiden ylläpitoa voidaan parantaa ja siten rakenteiden käyttöikää lisätä. Ratkaisujen avulla tämä tapahtuisi aikaisempaa hallitummin ja toisi mukanaan kustannustehokkuutta. Selkeä tarve vedenalaisten rakenteiden kuntotutkimuksen kehittämiseen nousi esille ensimmäisten keskustelujen pohjalta pidetyssä ideapalaverissa, joka järjestettiin Kymenlaakson ammattikorkeakoulun (KyAMK) Metsolan kampuksella Palaverissa oli mukana tulevan hankkeen yhteistyöyritysten edustajia sekä muita siihen kutsuttuja asiantuntijoita. Palaverissa keskusteltiin yhteistyökumppaneiden tarpeista sekä määriteltiin ja rajattiin hankkeen laajuus. Yritysten puolelta kävi selkeästi ilmi, että projektille on tarvetta ja kiinnostusta. Hankkeen taustaselvityksenä ja sen tarpeellisuuden kartoittamiseksi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu teetti opinnäytetyön Vedenalaisten betonirakenteiden tutkimuksen nykytila, Pekka Pilli 2010, jossa selvitettiin sekä Suomessa että globaalisti käytössä olevia menetelmiä ja laitteita vedenalaisten rakenteiden tutkimiseen. Opinnäytetyössä haastateltiin myös Suomen satamayhtiöiden edustajia ja muutamia sukellusyrityksiä, jotka tekevät vesirakenteiden tarkastuksia. Monet viittasivat vuonna 2006 julkaistuun ohjeeseen RIL Satamalaitureiden kunnonhallinta, joka oli otettu tarpeellisena käyttöön. Lisäksi laajalti oli käytössä vuonna 2009 Tiehallinnon (nyk. Liikennevirasto) julkaisema Siltojen sukellustarkastusohje. Taustaselvityksessä selvisi muun muassa se että tutkimuslaitteistojen ja menetelmien käytöstä on varsinkin tarkastuksien tilaajilla vain vähäisessä määrin tietoa. Johtopäätöksenä Pilli toteaa, että lisäselvitys soveltuvien menetelmien ja laitteiden käytöstä olisi tarpeen vedenalaisten rakenteiden tarkastuskäytäntöjen mahdollista päivitystä varten.

9 9 Hankkeen tavoitteet muodostuivat edellisessä luvussa (luku 2.1) esitettyjen lähtökohtien pohjalta. Tavoitteena oli kartoittaa vedenalaisille rakenteille käytössä olevia tutkimusmenetelmiä ja käytäntöjä sekä arvioida niiden soveltuvuutta yhteistyökumppaneiden kohteissa ja olosuhteissa. Projektin yhtenä tavoitteena oli kehittää tutkimusmenetelmiä ja -laitteita vedenalaisten betonirakenteiden kunnon seurantaan. Kokonaisuutta tarkastellen kauaskantoisin ja merkittävin tavoite oli vesirakenteiden ylläpidon työkalujen kehittäminen niin että vedenalaisten rakenteiden käyttöikä pitenee ja elinkaarikustannukset pienenevät. Hankkeen tavoitteita käsiteltiin heti alkuun myös sitä varten muodostetussa johtoryhmässä. Tehtävän rajaamiseksi kokonaisuutena selkeäksi ja työmäärältään mahdolliseksi päätettiin projekti rajata koskemaan ainoastaan teräsbetonirakenteita, joista suomessa toteutetut infran vesirakenteet suurelta osin koostuvat. Rakenteita toteutetaan sekä paikalla valettuina että elementtirakenteisina. Näissä on myös eniten tarkasteltavaa liittyen hankkeen tavoitteisiin. Johtoryhmän esityksestä projektissa päätettiin tutkia teräsbetonirakenteiden ohella myös ns. manttelirakenteita. Vebeter-hanke päätettiin rajata koskemaan pelkästään rakenteiden ylläpitoa ja korjausrakentamista. Uudisrakentamiskohteet päätettiin jättää varsinaisen tutkimustavoitteen ulkopuolelle, sillä niissä esimerkiksi laadunvalvonnan koettiin olevan suhteellisen tarkkaa ja materiaalien sen verran laadukkaita ettei tutkimuksen tulosten oleteta tuovan niihin juurikaan uutta informaatiota. Teräsbetoniset elementtirakenteet valetaan satama- ja siltakohteissa kuivatyönä, jossa työmaan olosuhteet ovat lähes samat kuin tavanomaisessa betonivalussa vaikkapa tyypillisellä rakennuksella. Siten niissä kohteissa voidaan soveltaa uudisrakentamiskohteiden normaalia hyvää laadunvalvontaa.

10 10 Ideapalaverissa nousi esille seuraavia mittaustarpeita vedenalaisten rakenteiden tutkimiseen: - Betoniraudoituksen betonipeitepaksuuden määrittäminen - Betoniraudoituksen tilan selvittäminen - kloridit - korroosion aste / materiaalihävikki vuosien saatossa - Betonin lujuus - laboratorio - ainetta rikkomattomat menetelmät - Betonin rapautuminen - betonipintojen rapautuminen vedenvaihtelualueella ja veden alla - pilarien ja paalujen volyymin mittaaminen esim. laitteella, joka kulkee pilaria pitkin alas kartoittaa pinnan mittaus voidaan uusia muutaman vuoden kuluttua ja tuloksista olisi luettavissa mahdollinen betonin kuluminen tai rapautuminen Monia edellisessä luettelossa mainittuja mittausmenetelmiä ja -laitteita löytyy markkinoilta jo nyt mutta poikkeuksetta niitä voidaan käyttää vain vedenpinnan yläpuolella tapahtuvissa mittauksissa. Vedenpinnan alapuolella laitteet eivät toimi tai sukeltajan on niitä mahdotonta käyttää. Esimerkiksi luettelossa ensimmäisenä mainittuun betoniraudoituksen betonipeitepaksuuden määrittämiseen löytyy laaja valikoima laitteita mutta mikään niistä ei sovellu mittaamiseen veden alla. Projektin yhtenä haasteena tai oikeastaan toiveena olikin löytää ja kehittää näistä olemassa olevista laitteista veden alle soveltuvia laitteita ja menetelmiä. Maailmalla ehkä jo kehitettyjen laitteiden ja menetelmien soveltuvuus Suomen oloihin oli yksi keskeinen tutkimuksen aihealue. Hankeen tavoitteena oli tutkia ja kehittää vesirakenteiden ylläpitoa hyvinkin kokonaisvaltaisesti. Tutkimusmenetelmien kehittämisen lisäksi projektissa haluttiin tutkia ja ottaa kantaa rakenteiden ylläpitoon ja korjausrakentamiseen liittyvän tiedon hallintaa. Tähän sisältyy sekä vanhojen että uusien dokumenttien hallinta ja samalla oleellisena myös paikkatiedon hallinta. Tietomallien käyttö on melko uusi asia ja on selvää että niiden avulla tullaan saavuttamaan hyötyjä myös vedenalaisia rakenteita koskien.

11 11 Myös monitorointijärjestelmän soveltuvuutta haluttiin tarkastella koskien vanhojen rakenteiden seurantaa ja korjaussuunnittelua. Muutamissa uudisrakentamiskohteissa on tehty viime vuosina niin sanottuja referenssikohtia eli esimerkiksi referenssipaaluja, joilla monitoroidaan betonirakenteiden tilaa. Tässä tavoitteena on, että myöhemmin korjaamisen ollessa ajankohtaista mittaustulosten perusteella olisi mahdollista laatia oikeanlaisia ja konkreettisiin tutkimuksiin perustuvia rakenteiden korjaussuunnitelmia. Hanke toteutettiin yhteistyössä kumppaneiden kanssa ja tavoitteena oli että he saavat projektin avulla tietoa myös omista rakenteistaan, esimerkiksi sataman omistaja satamainfrastruktuuristaan ja samalla myös rakenteiden kunnosta. Hankkeen tavoitteena oli syventää yhteistyötä eri osapuolten välillä korjausrakentamisen projekteissa. Rakennusprojektien osapuolia ovat muun muassa tilaajat, suunnittelijat, kuntotutkijat, urakoitsijat ja tutkimuslaitokset. Hankkeen tavoitteena oli myös vahvistaa ja monipuolistaa päätoteuttajan eli Kymenlaakson ammattikorkeakoulun rakennuslaboratorion osaamisalueita ja mahdollistaa laajempi palveluvalikoima asiakkaille ja laboratorion yhteistyökumppaneille. Hankkeesta on luonnollisesti hyötyä myös oppilaitokselle. Sen puitteissa voidaan lisätä rakennustekniikan koulutusohjelman opetushenkilöstön ja laboratoriohenkilökunnan yhteistyötä entisestään. Hanke ja siinä saatu tieto otetaan huomioon myös korjausrakentamisen ja betonitekniikan opetusta suunniteltaessa sekä opinnäytetöitä toteutettaessa. 2.3 Kohderyhmä Hankkeen kohderyhmät olivat tutkimuksessa hyvin edustettuina. Useamman projektin kohderyhmän edustajia oli mukana hankkeessa yhteistyökumppaneina. Joidenkin kohderyhmien edustajia toimi hankkeessa asiantuntijoina. Myös hankkeen vetäjät ja siinä mukana olleet opiskelijat kuuluivat tavallaan kohderyhmään, sillä uusinta tietoa pyritään luonnollisesti esittämään rakennusinsinöörien koulutuksessa.

12 12 Hankkeen kohderyhmiä ovat: - Vesirakenteiden ylläpitäjät, muun muassa: - Satamayhtiöiden rakennustekninen henkilöstö - Liikennevirastossa väylistä ja silloista vastaava henkilöstö - Suunnittelijat - Urakoitsijat - Kuntotutkijat - Tutkimuslaboratoriot - Laitevalmistajat - Opetus ja koulutus - Materiaaliteollisuus - Viranomaiset Hankkeen kohderyhmä on siis laaja. Tavoitteiden toteutuessa projekti myötävaikuttaa hyvinkin laaja-alaisesti käytäntöihin vedenalaisten rakenteiden korjaamisessa ja myös uudisrakentamisessa. Esimerkiksi rakennusmateriaaliteollisuus pääsee hyödyntämään tuloksia uusien tuotteiden kehittämisessä sekä uudis- että korjausrakentamisen sektoreilla.

13 13 3 HANKKEEN TOTEUTUS Hanke toteutettiin yhteensä viiden työpaketin kokonaisuutena. Niiden toteutuksen aikataulu ja liittyminen toisiinsa on esitetty alla kuvassa 2. Aikatauluun saatiin muutos ( ) hankkeen jatkamisesta saakka, johtuen sukellustyön aiheuttamista aikataulu rajoitteista (sääolosuhteet, satamien liikenne yms.). Työpaketit (WP1-WP5) olivat seuraavat: 1. State of the art 2. Tutkittavien rakenteiden valinta, kuntokartoitus ja työmenetelmät 3. Rakennetutkimusten tulosten analysointi ja kehitystyö 4. Kehittyneimmät työmenetelmät ja niiden suorituskykyvertailu 5. Johtopäätökset ja raportointi Työpaketti Kuva 2. Työpakettien aikataulu projektisuunnitelmassa Työpaketissa 1 (WPI) kartoitettiin vedenalaisten betonirakenteiden tutkimuksen nykytila ja käytännöt. Hankkeen tekijöille ja yhteistyökumppaneiden edustajille nykyiset tutkimuskäytännöt olivat jo etukäteen kohtuullisen hyvin selvillä. Tämän lisäksi projektissa nykytilaa kartoitettiin opinnäytetöinä. Pekka Pilli opinnäytetyössään Vedenalaisten betonirakenteiden tutkimuksen nykytila selvitti mitä tutkimusmenetelmiä on käytössä ja miten yleisesti käytetään pelkästään visuaalista tutkimusta vedenalla olevien rakenteiden kunnon selvittämiseksi. Opinnäytetyössä tehtiin kysely, jolla pyrittiin saamaan tietoa betonisten vesirakenteiden tutkimuksista ja menetelmistä sekä tutkimuslaitteista. Yleisimpiä vedenalaisten betonirakenteiden vaurioita selvitettiin Tiina Maasillan opinnäytetyössä Vedenalaisten betonirakenteiden kunto ja tutkimusmenetelmät.

14 14 Työpaketti 2:ssa (WP2) valittiin hankkeen kannalta sopivia tutkimuskohteita, joissa voitiin projektissa päästä tyypillisen käytännön tutkimuksen tasolle nykyisten toimintatapojen mukaisesti. Hankkeessa esimerkkikohteiksi valittuihin tutkimuskohteisiin tehtiin kuntokartoitus tavanomaisilla perinteisillä menetelmillä. Valittuja rakenteita tutkittiin ensisijaisesti vanhojen tutkimusmenetelmien ja laitteiden avulla. Rakenteista poratut betonikoekappaleet tutkittiin KyAMK:n rakennuslaboratoriossa ja yhteistyötutkimuslaitoksissa. Työpaketissa perehdyttiin nykyisin käytössä olevien kuntotutkimuksien ja laboratoriotestausten soveltuvuuteen vedenalaisten rakenteiden tutkimiseen. Työpaketissa 3 (WP3) analysoitiin työpaketin 2 tutkimustulokset ja pohdittiin mahdollisuuksia tutkimuskäytäntöjen parantamiseksi. Työpaketissa 3 aloitettiin tutkimuslaitteiden kehitystyö ensin teoriatasolla ja sitten käytännössä. Laitteiden suunnittelutyö tehtiin Ky- AMK:issa ja prototyyppien valmistus paikallisissa yrityksissä ja oppilaitoksissa. Työpaketissa 4 päätettiin mitä työpaketeissa 1-3 esiteltyjä ja analysoituja uusia tai parannettuja tutkimuslaitteita ja laadunvarmistusmenetelmiä tarkastellaan hankkeen loppuvaiheessa lähemmin. Valittuja menetelmiä kehitettiin edelleen laboratorio-olosuhteissa ja sen jälkeen kenttäolosuhteissa. Uusista veden alla toimiviksi suunnitelluista tutkimuslaitteista valmistettiin uusia kehitysversioita joita testattiin. Todetut ongelmat tai viat pyrittiin poistamaan aina laitteen seuraavasta kehitysversioista. Työpaketissa 5 projekti viimeisteltiin. Samalla tutkimuslaitteista valmistettiin viimeiset kehitysversiot ja niille laadittiin käyttöohjeet. Lopuksi hankkeen tulokset koottiin yhteen ja niiden perusteella laadittiin loppuraportti. Hankkeen etenemisistä raportoitiin johtoryhmän kokouksissa. Projektin tulokset siirretään tutkimukseen, opetukseen ja yritysosapuolten hyödynnettäväksi erikseen sovittavalla tavalla. Kehitetyt tutkimuslaitteet pyritään ottamaan jatkossa hyötykäyttöön vedenalaisten rakenteiden tutkimuksessa.

15 15 4 TUTKIMUSLAITTEET Hankkeen tavoitteena oli kehittää vedenalaisille betonirakenteille rakenteille soveltuvia tutkimuskäytäntöjä sekä löytää veden alla toimivia ja sinne soveltuvia tutkimuslaitteita. Saatujen tietojen mukaan tarkoitukseen soveltuvia vesitiiviitä tutkimuslaitteita oli yritetty kehittää aikaisemmin maailmalla mutta näissä kehitystyöt ovat jääneet kesken tai markkinoille asti niitä ei ole tullut tarjolle. Laitteiden kehittämisessä lähtökohtana käytettiin olemassa olevia hyviksi todettuja betonin tutkimuslaitteita. Laitteita ei siis ollut tarkoitus kopioida tai rakentaa uudestaan vaan olemassa olevat laitteet pyrittiin hyödyntämään sellaisenaan niin että niitä esimerkiksi täydennetään koteloimalla vesitiiviiksi. Lisäksi laitteiden tuli kestää sukellustyön aiheuttamat rasitukset ja niiden tuli olla tarkastussukeltajalle helposti käytettävissä. Näitä toimenpiteitä kutsutaan ohessa modifioinniksi. 4.1 Kimmovasara Nykyisin käytössä olevat kimmovasarat Kimmovasaraa käytetään valmiin betonirakenteen lujuuden mittaukseen. Yleensä mittaus tehdään rakennuskohteessa paikan päällä joko laadunvalvontatoimenpiteenä tai vanhan rakenteen kuntotutkimuksessa. Kimmovasaramittaus on niin sanottu ainetta rikkomaton betonin lujuuden tutkimusmenetelmä. On syytä korostaa että kimmovasaramittauksessa saadut puristuslujuustulokset ovat suuntaa-antavia ja niitä käytetään muita tutkimuksia täydentävinä arvoina. Täsmällisempi tieto saadaan rakenteesta porattujen näytteiden tai betonista valmistettujen koekappaleiden puristuskokeissa laboratoriossa. Kimmovasara toimii jousella siten, että laite viritetään painamalla tutkittavaa rakennetta vasten. Jousen lauetessa vasara kimpoaa rakenteesta, jolloin laite mittaa tapahtuman ja sen ilmoittamien lukemien perusteella voidaan kalibrointikäyristä määrittää rakenteen betonin puristuslujuus. Kimmovasaratutkimus soveltuu tavanomaisille betonirakenteille mutta ei korkealujuusbetoneille. Hyviä toimivia kimmovasaroita löytyy betonin koestukseen paljon. Vebeter-hankkeessa lähtökohdaksi valittu kimmovasara on Proceqin valmistama malli SilverSchmidt ST/PC N. Laite muuttaa tulokset automaattisesti haluttuun yksikköön (MPa, N/mm 2, kg/cm 2, psi) ja siihen voidaan tietokoneohjelmalla tehdä omat muuntokäyrät. Kyseisen laitteen muistiin voi tallentaa sata kimmovasaran iskua.

16 16 Proceq SilverSchmidt ST/PC N tekniset tiedot: - Iskuenergia: 2,207 Nm - Vasaran massa: 135 g - Jousivakio: 0,79 N/mm - Jousen jatke: 75mm (2,95 ) - Mitat: 55x55x255 mm (2,16 x2,16 X9,84 ) - Paino: 570 g (1,3lb) Mitta alueet: - Betonin puristuslujuus: MPa ( psi) - Käyttö lämpötila: ±0 +50 C ( F) - Säilytys lämpötila: C ( F) Kuva 3. SilverSchmidt ST/PC N

17 Veden alle modifioitu kimmovasara Vebeter-hanketta suunniteltaessa ja hankkeen alussa tehtiin kartoituksia joissa yritettiin etsiä maailmalta valmiita veden alla toimivia tutkimuslaitteita. Soveltuvia laitteita ei tutkimuksista huolimatta löydetty. Yhdysvalloissa Naval Civil Engineering Laboratory NCEL kehitteli 1990-luvulla laitetta, jonka luonnoksia ja kehitysversio on esitetty kuvassa 4. Laitetta ei voi kuitenkaan tänä päivänä hankkia markkinoilta. Kuva 4. NCEL Rebound Hammer Oli heti selvää että nykyisin käytössä olevan kimmovasaran voi saada toimimaan veden alla vain koteloimalla se vesitiiviiksi. Jos se onnistuu, oli vielä epävarmaa mitä tuloksia laite tulee antamaan. Hankkeessa oli aluksi ongelmana löytää sopiva yhteistyökumppani kotelon valmistamiseen. Lopulta kotelon valmistamiseen saatiin tarvittava apu Mikkelin ammattikorkeakoulusta. Kotelon valmistuksen kokeilut ja kehitystyö aloitettiin mekaanisella kimmovasaralla. Koteloinnin hankaluus oli laitteen suurehko koko ja sen liikkuvat osat. Ensimmäisessä kotelossa oli paljon ongelmakohtia. Suurin ongelma oli se, että kimmovasaran kärjessä oleva akseli ei palautunut iskun jälkeen. Toinen laitteen epäkohta oli se, että tuloksia oli todella vaikea lukea kotelon sisältä. Ensimmäiset kokeilut vakuuttivat tekijät kuitenkin sitä että laitteesta voidaan saada vesitiivis. Seuraava versio päätettiin kehittää Mikkelin AMK:n kanssa uudempaan digitaaliseen kimmovasaraan, missä tulokset tallentuvat laitteeseen. Tulokset saadaan siten ladattua tutkimusten jälkeen tietokoneelle. Tällöin tulosten analysoinnista tulee myös helpompaa, sillä digitaalinen kimmovasara antaa tulokset halutussa mittayksikössä esimerkiksi yksikössä MPa.

18 18 Digitaalisen kimmovasaran ensimmäisessä koteloidussa versiossa, joka nimettiin prototyypiksi 0, oli myös ongelmia. Kärjen akseli ei siinäkään liikkunut kunnolla. Sen pää oli liian suuri mahtuakseen kalibrointialasimeen. Seuraavaan versioon prototyyppi 1 tehtiin muutoksena kooltaan pienempi akselin pää sekä laitteen vedenalaista käyttöä varten tukikahvat. Kotelon päähän lisättiin tuki, josta tuettuna kimmovasaralla saadaan helpommin lyötyä kohteeseen suoria iskuja veden alla. Kehitysversio proto 1 näkyy kuvassa 5 keskellä. Veden alle modifioiduilla kimmovasaroilla tehtiin testausta ensin Kymenlaakson ammattikorkeakoulun rakennuslaboratoriossa. Testausta tehtiin sekä huonetilassa että veden alla. Myöhemmin päästiin testausta tekemään myös todellisissa kohteissa. Kenttätutkimuksia tehtiin sekä HaminaKotka Satama Oy:n laiturilla EU2 Haminassa keväällä 2013 (proto 0) että Keisarinluodonlaiturilla Helsingissä vuonna 2013 (prototyyppi 1, keskeneräinen). Testauksen perusteella voitiin nopeasti todeta että hankkeessa kehitetty modifioitu kimmovasara toimii johdonmukaisesti veden alla mutta tulokset poikkeavat verrattuna samalla betonikappaleelle veden päällä tehtyihin mittauksiin. Tuloksista huomattiin, että kun kimmovasara koteloidaan niin tämä vaikuttaa tuloksiin siten, että kimmovasaran lukemat ovat huonetilassa jonkin verran pienempiä kuin ilman koteloa. Lisäksi veden alla tulokset pienenevät tästäkin. Hankeen loppupuolella tilattiin vielä kaksi erilaista koteloa kimmovasaralle. Toiseen koteloon (proto2) valmistettiin kapeampi akseli, jotta kitka mittaustapahtumassa olisi pienempi laitteen iskiessä betoniin. Kolmanteen koteloon (proto3) tehtiin ns. pusla akselin ympärille ja poistettiin o-rengas. Tämänkin kokeilun tarkoituksena oli poistaa kitkaa mittauksesta. Uusia koteloita testattiin Kymenlaakson AMK:n rakennuslaboratoriossa. Tarkoitus oli löytää kotelo, joka olisi helppo valmistaa ja jonka kanssa kimmovasara antaa mahdollisimman tasaiset ja tarkat tulokset. Prototyypillä 2, jossa kotelossa oli ohuempi akseli, ei saatu tutkimuksissa minkäänlaisia mittaustuloksia. Selvää varmaa syytä tähän ei saatu selvitettyä. Prototyyppi 3, eli puslallinen kimmovasaran kotelo, taas aiheutti vahinkoa kimmovasaralle kuluttamalla kärjen akselia. Testausta ei näille kehitysversioille jatkettu eikä mittaustuloksia dokumentoitu. Hankkeen lopussa puslallinen kimmovasaran kotelo lähetettiin vielä Mikkelin ammattikorkeakouluun muokattavaksi eli tälle laitteelle päätettiin jatkaa kokeiluja vielä jossain määrin vaikka hanke on päättynyt. Seuraavaksi on tarkoitus käyttää kimmovasaran omaa akselia ja suoja rakennetaan sen ympärille.

19 19 Kuva 5. Kimmovasaran koteloinnin kehitysversioita. Kuvista voi erottaa mm että vasemmanpuolimmaisessa kotelossa on ohut iskuakseli (proto2) ja että keskimmäisessä on paksumpi iskuakseli (proto1). Oikean puolimmaisessa kotelossa on käytetty erillistä puslaa akselin vesitiivistämiseen (proto3) Mittaustuloksia Eniten mittaustuloksia kerättiin modifioidun kimmovasaran kehitysversiolle proto1, jonka siis todettiin toimivan hyvin. Mittauksia tehtiin KyAMK:n rakennuslaboratoriossa sekä huonetilassa että veden alla. Samaa laitetta testattiin kerran myös kenttätutkimuksissa mutta valitettavasti laite oli silloin vielä keskeneräinen. Laboratoriotutkimuksissa havaittiin että tuloksissa oli jonkin verran hajontaa, joka on kimmovasaralle tyypillistä johtuen siitä että betonikappale tai sen pinta ei ole täysin homogeeninen. Lisäksi hajontaan vaikutti betonin lujuusluokka. Kymenlaakson Ammattikorkeakoulusta matematiikan lehtori Timo Lyytikäinen määritti saatujen mittaustulosten pohjalta vedenalaista mittausta varten modifioidun kimmovasaran (proto1) matemaattisen mallin ja piirsi käyrät, joissa näkyy ns. 95 % virherajat. Matemaattiset funktiot on esitetty alla ja lasketut käyrät kuvassa 6.

20 20 y( x) x ( x 16.7) z( x) x w( x) x ( x 16.7) Nykyaikainen digitaalinen kimmovasara näyttää betonin koestuksessa siis suoraan mittauskohdan betonin puristuslujuuden yksikössä MPa = MN/m 2 = N/mm 2. Veden alle modifioidussa laitteessa tämä ei siis pidä paikkaansa vaan mittaustulos on liian pieni. Ero johtuu osin kitkasta, jota syntyy osin koteloinnista ja osittain veden alla vedestä vaimentimena ja väliaineena. Esimerkiksi jos modifioitu kimmovasara näyttää veden alla lujuudeksi 24 MPa on betonin puristuslujuuden odotusarvo noin 48 MPa. Kun lisäksi otetaan huomioon laskettu hajonta, on lujuus 95%:n todennäköisyydellä välillä MPa. Nämä tulokset koskevat siis modifioitua kimmovasaraa proto1. On siis syytä korostaa, että testauksen perusteella muutokset koteloinnissa todennäköisesti vaikuttavat selvästi tuloksiin. 80 Kimmovasaran suora 95%:n virherajoineen 74 Todellinen puristuslujuus z( x) y( x) w( x) x Kimmovasaran näyttämä veden alla Kuva 6. Modifioidun kimovasaran proto 1 kalibrointikäyrät ja 95% virherajat

21 21 Laboratorio-olosuhteissa tehdyt mittaukset tehtiin viralliselle koekuutiolle kooltaan 150x150x150mm 3. Testaukset suoritettiin modifioidulle kimmovasararalle ensin laboratorion huonetilassa ja sen jälkeen veden alla altaassa noin 1.5 metrin syvyydessä. Huonetilassa tehtiin rinnalla mittauksia myös normaalilla vakio kimmovasaralla. Jokaiselle koekappaleelle on testauksessa tehty kimmovasaramittaus 50 kertaa edellä mainituissa olosuhteissa. Kimmovasara mittausten tulokset koekuutioilla K50, K70 ja K30 ovat samansuuntaisia koekuution lujuuden kasvaessa iän myötä niin prototyypillä 1 kuin normaalilla kimmovasaralla sekä vedessä ja huonetilassa. Kuvassa 7 nähdään betonille K50 saatuja tuloksia. Taulukossa esitetty parametri Q on kimmovasaran lukema jonka laite muuttaa ohjelmallisesti myös puristuslujuudeksi yksikössä MPa (=N/mm 2 ). Proto 1 tuloksia veden alla Proto 1 tuloksia kuiva Normaali kimmovasaratuloksia Kimmovasara (veden alla) (N/mm2) S Kimmovasara (veden alla) (Q) S Kimmovasara (kuiva) (N/mm2) S Kimmovasara (kuiva) (Q) S Normaali (N/mm2) S Normaali (Q) 13,0 4,0 29,9 4,6 16,5 7,0 33,7 6, ,5 4,0 34,8 3,5 20,5 4,3 37,3 3, ,0 1,8 33,1 1,8 19,5 3,0 36,3 2,4 31 4,5 43,6 2,3 17,5 3 34,9 2,7 19,5 2,5 36, ,5 45,6 3,7 20,5 12,3 37,1 8,9 20,5 4,3 37,1 3,3 52,5 51,9 5,4 20, ,4 20 2,5 36,7 2,1 35,5 10,5 45,8 4,6 29,5 2 36,1 2,6 28 1,3 34,1 1,9 37,5 6,3 46,6 2,6 25,5 1,5 30,3 2,1 28,5 1,5 34, ,8 45,2 3 27,0 2 32,3 3 28,5 1,3 34,5 1,8 38 9,3 46,9 3,7 S Kuva 7. Kimmovasara tuloksia, K50 Modifioidulla kimmovasaralla tehtiin hankkeen yhteydessä kenttätutkimuksia kahdessa kohteessa vuonna Ensimmäisenä kohteena oli HaminaKotka Satama Oy:n laituri EU2, joka toimi yhtenä pilotti kohteena hankkeessa. Toisena kohteena oli Helsingin sataman keisarinluodonlaituri kauppatorilla Helsingissä vuonna Kohteissa tehdyt tutkimukset on kuvattu tarkemmin tämän raportin luvussa Yhteenveto Veden alla toimivan kimmovasaran kehittämisessä käytettiin lähtökohtana laitetta Proceq SilverSchmidt ST/PC N. Kimmovasarasta saatiin veden alla toimiva ja vedenalaisiin sukeltaja työnä tehtäviin mittauksiin soveltuva laite koteloimalla se vesitiiviiksi ja lisäämällä koteloon kahvat. Kimmovasarassa on liikkuvia osia, joten kotelointityö on kohtuullisen vaativa ja pienetkin muutokset rakenteessa vaikuttavat tuloksiin. Kotelo suunniteltiin ja valmistettiin yhteistyössä Mikkelin ammattikorkeakoulun kanssa.

22 22 Tutkimustulokset osoittavat, että kehitetty laite toimii myös veden alla, mutta kuten kimmovasaralla yleensä, tulokset ovat suuntaa antavia. Mittaustuloksia ei saa sekoittaa vastaavan laitteen antamiin tuloksiin ilmatilassa vaan ne on jälkikäteen muutettava laitetta varten tehdyn kalibrointikäyrän avulla. Hankkeessa tehtiin mittauslaiteesta neljä erilaista prototyyppiä, joista vain yhdelle määritettiin kalibrointifunktiot ja käyrät. Testauksen perusteella laite toimii ja tuloksia voidaan hyödyntää muita tutkimustuloksia tukevina vedenalaisten betonirakenteisen kuntotutkimuksissa esimerkiksi rakenteiden ylläpitoon tai korjaamiseen liittyen. Veden alla toimivan modifioidun kimmovasaran testausta ja kehitystä on tarkoitus jatkaa Kymenlaakson ammattikorkeakoulussa. On tarkoitus selvittää miten laitteen tuloksiin vaikuttaa pitkäaikaisessa käytössä koteloon tulevat epäpuhtaudet ja laitteen materiaalien mahdollinen turmeltuminen. Samoin halutaan selvittää saadaanko samoilla suunnitelmilla ja dimensioilla tehdylle toiselle mittarille samat kalibrointikäyrät vai onko laite niin herkkä että pienetkin mittatarkkuudet vaikuttavat sen ominaisuuksiin. 4.2 Peitekerrosmittari Betonin peitekerrosmittaria käytetään raudoituksen suunnan, halkaisijan ja suojaetäisyyden mittaamiseen. Ainetta rikkomattomalla menetelmällä saadaan selville raudoituksen sijainti rakenteessa sekä raudoitteita suojaavan betonikerroksen syvyys. Rakenteiden seurannassa ja kuntotutkimuksissa voidaan selvittää myös esimerkiksi aggressiivisissa olosuhteissa tapahtuvan betonirakenteiden rapautumisen johdosta mahdollinen betonipeitteen pieneneminen. Tällöin on mahdollista ajoissa korjata rakenteita ennen kuin raudoitus altistuu haitallisesti korroosiolle Nykyisin käytössä olevat betonipeitekerrosmittarit Vebeter-hankkeessa lähtökohdaksi otettiin Proceq Profometer 5+ -peitekerrosmittari. Mittari ja sen käytössä tarvittavat välineet on esitetty kuvassa 8. Laite toimii vain veden pinnan yläpuolella lämpötila-alueella ±0 60 C. Mittauskohteena oleva teräsbetonirakenne ei saa siis olla tutkimuksen aikana jäässä tai lumipeitteinen. Tekniset tiedot: - mahdollisuus tallentaa mittausta laitteelle - näyttö LCD takavalolla 128 x 128 pikseliä

23 23 Mitta alueet: - Käyttölämpötila: ± 0 60 C - Säilytyslämpötila: C - Suojaetäisyyden mittaus, valinta-alue (maksimietäisyys) - pieni syvyysalue 100 mm (3.94 in.) - suuri syvyysalue 185 mm (7.28 in) - Raudoitteen halkaisijan mittaus 70 mm syvyyteen ulkopinnasta lukien Kuva 8. Profometer5+ peitekerrosmittari ja kalibrointi kappale (Havuaho 2014) Veden alle modifioitu betonipeitekerrosmittari Betonipeitekerrosmittaria ei löytynyt markkinoilta vedenalaisiin mittauksiin soveltuvana. Tämän vuoksi tavallisesta laitteesta pyrittiin modifioimaan laite, joka toimii myös veden alla. Yhteistyötä tehtiin kotkalaisen Visi Oy:n kanssa. Laitteen kehittämisessä edellytyksenä oli tietenkin rakenteellinen vesitiiveys ja vedenpaineen kestävyys. Lisäksi laitteen tuli olla helposti käytettävissä laitesukeltajan käsissä ja sen tuli kestää pienet kolhut, joita veden alla syntyy sukellustyön ohessa. Peitekerrosmittaria suunniteltaessa voitiin nopeasti todeta, että itse tiedonkeruuyksiköstä ei kannata tehdä vesitiivistä. Oli järkevää modifioida pelkästään mittausanturi, joka on kaapelin päässä. Anturiin asennettiin Visi Oy:ssä teollisuuskotelo joka on vesitiivis ja kaapelin ympärille asennettiin suojakuori, joka kestää hankausta esimerkiksi laiturin reunaa vasten.

24 24 Modifioitu mittari on esitetty ohessa kuvissa 9 ja 10. Anturin kotelon paksuudeksi muodostui 3mm, joten tämä mitta tulee muistaa vähentää jokaisesta mittaustuloksesta. Lisäksi mittariin hankittiin 20m pitkä kaapeli. Tutkimukset osoittivat, että kaapelin pituudella ei ollut merkittävää vaikutusta tuloksiin. Pitkää kaapelia tarvittiin, koska itse laitetta ei voi viedä veden alle ja sukelluksia voidaan kuitenkin suorittaa jo tavanomaisissa sukelluksissa kohtuullisen syvällä tai etäällä laiturilla olevasta työasemasta. Modifioitu peitekerrosmittari oli ensimmäinen veden alla toimiva tutkimuslaite, joka kehitettiin Vebeter-hankkeessa. Laitetta testattiin käytännössä ensin Kymenlaakson ammattikorkeakoulun rakennuslaboratorioon sijoitetussa vesialtaassa ja sen jälkeen todellisissa ajankohtaisissa kenttätutkimuksissa eri kohteissa. Kuva 9. Modifioitu peitekerrosmittari (Havuaho 2014)

25 Kuva 10. Anturin kotelointi (Havuaho 2014) 25

26 Mittaustuloksia Rakennuslaboratoriossa tehdyissä mittauksissa voitiin välittömästi todeta että modifioitu peitekerrosmittari toimii hyvin veden alla. Suunniteltu laite oli helppokäyttöinen ja tulokset olivat oikeita. Ongelmia ei esiintynyt käytännön tutkimuskohteissakaan. Tutkimuksia suoritettiin laboratoriossa ns. kalibrointikappaleella ja testausta varten valmistetuille teräsbetonipalkeille. Mittaria käytettiin Helsingin Satama Oy:n ja HaminaKotka Satama Oy:n kohteissa betonirakenteiden tutkimuksissa. Näissä kohteissa raudoitteiden sijainti varmistettiin lisäksi ottamalla rakenteista samoilta kohdilta poranäytteitä Laboratorio mittaukset Laboratoriossa suoritettujen peitekerrosmittauksien tulokset on esitetty taulukossa 1. Alkuperäisessä varustuksessa mittarilla tehtiin mittaukset veden päällä eli huonetilassa laboratorio-olosuhteissa. Projektissa valmistetulla veden alla toimivalla eli modifioidulla peitekerrosmittarilla suoritetut mittaukset on tehty vesialtaassa noin 0.5m syvyydessä. Modifioidun mittarin tuloksista on jo ohessa kaikista tuloksista vähennetty mitta 3mm, joka täytyy siis vähentää kotelon paksuuden vuoksi. Taulukko 1. Raudoituksen betonipeitekerrospaksuuden mittaustulokset, keskiarvot Mittauksia 50 kpl / mittauskohta Kalibrointi kappale [ mm ] Peitekerrosmittari mittaus ilmassa 1,5m kaapeli [ mm ] Peitekerrosmittari mittaus ilmassa 20m kaapeli [ mm ] Modifioitu peitekerrosmittari mittaus vesialtaassa 1,5m kaapeli [ mm ] Modifioitu peitekerrosmittari mittaus vesialtaassa 20m kaapeli [ mm ] Tutkimukset kohteissa Suunniteltua betonipeitemittaria testattiin Helsingin satama Oy:n teettämien rakennetutkimuksien yhteydessä. Tutkimuskohteena oli Keisarinluodon laituri, jossa mittauksia tehtiin kahtena eri ajankohtana. Ensimmäisen kerran laiturilla käytiin , mutta tässä vaiheessa ei projektissa ollut vielä tutkimuslaitteiden prototyyppejä käytettävissä, joten sukellustutkimukset tehtiin olemassa olevilla laitteilla ja menetelmillä. Toisessa tut-

27 27 kimuksessa, joka suoritettiin , käytettiin tutkimuksissa myös veden alla toimivaa modifioitua betonipeitekerrosmittaria. Peitekerrosmittaukset suoritettiin laiturin kasuuneista n:o 2 ja 6 Mittaukset suoritettiin kasuuni kohtaisesti, alhaalta ylöspäin mittaria liikuttaen. Mittaustulokset on esitetty alla taulukossa 2. Taulukko 2. Peitekerrosmittaukset veden alla Kasuuni Mittausten määrä Keskiarvo Keskihajonta Max Min [ kpl ] [ mm ] [ mm ] [ mm ] [ mm ] , ,1 1, Rakennetutkimuksien yhteydessä porattiin kasuuneista poranäytteitä. Lieriöporanäytteissä todettiin myös raudoitustankoja, jotka sijaitsivat mm syvyydessä poranäytteen eli rakenteen ulkopinnasta. Pinnassa olevien raudoitustankojen halkaisija oli 12mm. Aistinvaraisen tarkastelun perusteella raudoitus oli hyvässä kunnossa eli korroosiota ei ollut tapahtunut. HaminaKotka satama Oy:n toimeksi antamana tehtiin Haminassa laiturilla EU2 sukellustarkastus toukokuussa Tutkimus tehtiin kahdessa vaiheessa ja Molemmilla kerroilla käytettiin modifioitua betonipeitekerrosmittaria. Mittauksia tehtiin laiturin elementtirakenteisen tukimuurin vedenalaisessa osassa liikuntasaumajaksossa 8. Betonin peitekerrospaksuuden mittaustulokset on esitetty taulukossa 3. Mittauksia tehtiin sekä 0.5m että 3m syvyydellä merivedenpinnasta lukien. Laiturin vedenalaisista rakenteista otettiin samalla poranäytteitä, mutta yhdessäkään näytelieriössä ei esiintynyt raudoitustankoja. Taulukko 3. Peitekerrosmittaukset veden alla laiturilla EU2 pvm Mittausten määrä Keskiarvo Keskihajonta Max Min [ kpl ] [ mm ] [ mm ] [ mm ] [ mm ] , , Yhteenveto

28 28 Mittarin kehittämisessä käytettiin lähtökohtana hyväksi todettua peitemittaria Profometer 5+. Mittauslaitteen anturi saatiin modifioitua veden alla toimivaksi asettamalla anturi muovisen teollisuuskotelon sisään ja tiivistämällä sen liitokset tiivistysliimalla. Kaapelin kestävyyttä parannettiin asentamalla kaapelin ympärille ylimääräinen suoja. Peitekerrosmittarin anturin ja kaapelin modifioinnin suoritti Visi Oy Kotkasta. Tutkimustulokset osoittavat, että suunniteltu peitekerrosmittari toimii moitteettomasti sekä normaaliolosuhteissa ilmatilassa kuin vedenalaisissa tutkimuksissa. KyAMK:n rakennuslaboratorio on ottanut laitteen käyttöön rakennuksien kuntotutkimuksissa, sillä laite ja siihen liittyvä kaapeli ovat sään ja iskunkestäviä. Kaapelin pituudella ei ollut merkitystä mittaustuloksiin, joten tarvittaessa mittarissa voidaan käyttää jopa 20m pidempää kaapelia. Anturin kotelointi aiheuttaa mittaustuloksiin 3mm lisän joka tulee vähentää tuloksista. Hankkeessa ei selvitetty kuinka laitteeseen saataisiin vähennys automaattisesti eli esimerkiksi ohjelmallisesti laitevalmistajan toimesta.

29 Ultraäänimittari Ultraäänimittaus perustuu siihen, että ääniaallon etenemisnopeus mittauskohteena olevassa materiaalissa on riippuvainen materiaalin tiheydestä ja muista ominaisuuksista. Siten materiaalin laatua, jäykkyyttä ja vaurioita voidaan arvioida ääniaaltojen mitatun etenemisen perusteella. Vebeter-hankkeessa käytettiin kuvassa 11 esitettyä Proceqin Pundit Lab ultraäänimittaria. Laitteella mitataan betonin laatua ultraäänen pulssin läpimenon aikana. Samalla saadaan selville halkeamien syvyys. Betonille normaalisti tehtävässä laadunvarmistuskokeissa käytettään ultraäänimittaria. Näitä ovat laattakoe CEN/TR ja pakkasenkestävyyskoe SFS 5447, jolloin ultraäänimittaus paljastaa sisäiset vauriot. Näissä kokeissa tarkastellaan ultraäänen läpimeno ajan muutosta kokeen aikana Normaali ultraäänimittari Kehitystyössä lähtökohdaksi valittua ultraäänimittaria Proceqin Pundit Lab voi käyttää vain veden pinnan yläpuolella ilmatilassa. Sen tekniset tiedot ovat: - Mittausalue µs - Tarkkuus 0.1 µs - Laitteen koko: Mitat 172x55x220 mm Paino kg - Olosuhteet: Käyttölämpötilat -10 C +60 C Kosteus < 95 %

30 30 Kuva 11. Ultraäänimittauslaite Pundit Lab Veden alla toimiva ultraäänimittari Ultraäänimittari muokattiin vedenalaiseen käyttöön soveltuvaksi Visi Oy:ssä Kotkassa. Laitteen antureiden ja kaapelien väliseen liitoksen asennettiin kutistesukka, joka suojaa liitosta kosteudelta. Kaapeleihin asennettiin samalla vahvistukseksi suojakuori, joka ehkäisee mahdollisesta hankauksesta syntyviä vaurioita. Molemmista valmistetut kaapelit ovat 30 metriä pitkiä. Laitteen käyttöetäisyydestä haluttiin tehdä kohtuullisen suuri sillä tavanomaisia sukellustutkimuksia voidaan tehdä parin kymmenen metrin syvyydessä ja etäällä pinnalla olevasta sukeltajan laskeutumispisteestä tai työasemasta. Kuvassa 12 on esitetty modifioitu ultraäänimittari.

31 31 Kuva 12. Modifioidun ultraäänimittarin anturit ja kaapelit (Havuaho 2014) Mittaustulokset Rakennuslaboratoriossa suoritetuissa mittauksissa tehtiin testejä laboratorio olosuhteissa sekä huonetilassa että altaassa veden alla. Tuloksia verrattiin keskenään, sillä kuten modifioidun betonipeitepaksuus mittarin kehittämisen yhteydessä, haluttiin nähdä vaikuttaa laitteen modifiointi tai vesi väliaineena ja ympäristönä tuloksiin. Tässä tapauksessa vesialtaassa tulokset muuttuivat. Melko nopeasti voitiin todeta että ultraäänimittari antaa veden alla selvästi parempia tuloksia verrattuna laboratorion huonetilassa, siis ilmassa, suoritettuihin mittauksiin. Kuvassa 13 on nähtävissä ultraäänimittauksen järjestely rakennuslaboratorion testialtaassa.

32 32 Kuva 13. Ultraäänimittausta testausaltaassa betonikoekappaleisiin (Havuaho 2012) Veden alle modifioidulla ultraäänimittauslaitteella tehtiin mittausta jokaisella mittaus tavalla. Mittaukset suoritettiin kalibrointikappaleelle kahdella erilaisella kaapelilla. Lyhempi oli 1.5m pitkä ja pidempi 30m pitkä. Kalibrointikappaleelle tehdyn mittauksen tuloksen tulisi olla laitteen valmistajan ohjeen mukaan 25.4 µs. Huonetilassa molemmilla kaapeleilla saatiin tulokseksi 25.5 µs, joka on siis oikea tulos. Tuloksien perusteella modifioitu ultraäänimittari toimii hyvin huonetilassa Mittaukset tehtiin useammalla mittaustavalla. Nämä on havainnollistettu kuvan 14 graafisessa esityksessä. Kuvassa anturit on sijoitettu mittauksissa ensin vastakkaisille sivuille, joka on mahdollinen mittaustapa poikkileikkaukseltaan pienelle kohteelle. Toisessa mittaustavassa anturit on sijoitettu vierekkäisille sivulle ja tätä mittaustapaa voidaan käyttää veden alla olevan paalun tai palkin tutkimuksissa. Viimeisessä mittaustavassa anturit on sijoitettu samalle sivulle vierekkäin ja tätä mittaustapaa on käytettävä laiturin tukimuurien ja elementtirakenteisten seinämien ultraäänimittauksissa.

33 33 Kuva 14. Anturien sijoitus ultraäänimittauksissa: anturit rakenteen vastakkaisilla sivuilla, vierekkäisillä sivuilla ja samalla sivulla. Ultraäänimittarin testauksessa päätettiin käyttää kolmea erityyppistä koekappaletta: - Valmistettuja ehjiä betonikoekappaleita mm 3, yhteensä 4 kappaletta kappaleiden säilytys ensin huonetilassa sitten vedessä - Rikki puristettuja betonikoekappaleita, joille oli tehty aikaisemmin puristuslujuusmittaus, 2 kappaletta säilytys ensin huonetilassa sitten vedessä - Muita laboratoriosta löytyneitä vaurioituneita betonikappaleita, 8 kappaletta, säilytys ensin huonetilassa sitten vedessä Testijärjestelyssä tutkittiin ensin laboratoriosta löytyneet vaurioituneet betonikappaleet. Ultraäänimittaus tehtiin näille laboratoriotilassa, jossa ne oli säilytettykin. Tutkimuksessa voitiin todeta, että näille rikkinäisille betonikappaleille, jotka siis olivat todella huonokuntoisia ja halkeilleita, mittaus ei antanut minkäänlaista tulosta. Tämä johtuu siitä että huonolaatuiselle betonille läpimenoajan tulee olla suuri. Tässä tapauksessa rikkinäisten kappaleiden suurista halkeamista johtuen ultraäänen läpimenoaikaa ei saatu mitattua lainkaan. Seuraavaksi otettiin tutkittavaksi samat vaurioituneet eli jo aikaisemmin rikki puristetut koekappaleet, jotka asetettiin vesialtaaseen ja säilytettiin vedessä upotettuna noin viikon verran. Viikon kuluttua koekappaleille tehtiin ultraäänimittaus veden alla. Vaurioituneille

34 34 kappaleille saatiin mittauksessa tulokset helposti ja tulosten perusteella betoni oli hyvälaatuista ja -kuntoista. Tulokset olivat siis virheellisiä. Samansuuntaiset tulokset saatiin kaikille tutkituille koekappaleille veden alla. Tämä oli ennakoitavissa, sillä vesi väliaineena täyttää betonin halkeamat ja koska ultraääni etenee hyvin vedessä saadaan mittauksessa alhaisia läpimenoaikoja anturien välillä rakenteen kunnosta riippumatta Yhteenveto ultraäänimittarista Ultraäänimittarin modifiointi vedenalaisiin mittauksiin tehtiin Visi Oy:ssä Kotkassa asentamalla anturien ja kaapelien väliseen liitokseen vesitiivis ja vedenpaineen kestävä kutistesukka. Kaapelit suojattiin hankautumista vastaan suojakuorella. Ultraäänimittaustulokset osoittivat, että olemassa olevia mittauslaitteita ei voi käyttää veden alla betonin kunnon tutkimiseen. Testitulosten perusteella testi on veden alla epävarma, sillä huonokuntoiselle betonirakenteelle voidaan saada mittaustuloksia jotka viittaavat betonin olevan ehjää ja hyvälaatuista. Kuten edellisessä kappaleessa on todettu vaurioituneille betonikappaleille ei saatu samanlaisella vakiomittarilla ilmatilassa lainkaan tuloksia. Vebeter-hankkeessa päätettiin lopettaa ultraäämittarin kehittäminen. Oli etukäteen arvattavissa että mittausmenetelmä ei sovellu veden alle.

35 35 5 PAIKANMÄÄRITYS JA TIETOMALLIT 5.1 Paikanmääritys tutkimuksissa Yleistä Rakenteiden seurannassa on tärkeää määrittää jokaiselle todetulle vauriolle, otetulle valokuvalle, dokumentille tai muulle informaatiolle paikka sekä lisäksi tapahtuman ajankohta. Kun hankitaan tietoa rakenteen ylläpitoa tai siinä tehtävää korjaustyötä varten, saadaan tiedosta kokonaisvaltainen hyöty kun tietoon yhdistyy nämä neljä muuttujaa eli koordinaatit X, Y ja Z sekä neljäntenä ulottuvuutena aika. Jos lisäksi seuranta on hyvin toteutettu, eli tietoa voidaan hallita, voidaan rakenteiden kuntoa seurata, arvioida vaurioiden kehittymistä sekä määrittää sopiva korjauksen ajankohta ja laajuus jos korjaus todetaan tarpeelliseksi tehdä. Parhaassa tapauksessa hyötyjä voi olla vielä laajemmin, sillä lisäksi voidaan arvioida rakenteiden kantavuuden muuttumista, asettaa kuormitusrajoituksia, käyttökieltoja jne. Paikanmääritys on teoria-alueena vaikea tieteenala, jonka hallitsee hyvin vain koulutettu ryhmä ammattilaisia. Tälläkin sektorilla tekninen kehitys on ollut viime aikoina suurta ja yhä enemmän mittaukset pohjautuvat kansainvälisiin järjestelmiin, joissa voidaan hyödyntää satelliitteja. Kuitenkin vanha paikkatieto tulee olemaan vielä pitkään vanhoissa paikkatietojärjestelmissä, joita on ollut käytössä useita sekä kansallisia että kuntien, teollisuuslaitosten ja satamien omia ja siis vain pienellä alueella sovellettavia. Siksi paikkatiedon hallinta edellyttää mittauslaitteiden teknisen käytön lisäksi myös järjestelmien historian tuntemisen ja muun muassa muunnoskaavojen käytön hallitsemisen. Joissakin kohteissa, kuten esimerkiksi tukimuurirakenteisessa rantalaitureissa, mittaukset on ollut helppo suorittaa perinteisesti yksiulotteisina. Toisin sanoen mitataan paalulukemia juoksumetreinä pitkin laiturilinjaa aloittaen jostakin tunnutusta kohdasta. Tai sovelletaan samaa laiturin liikuntasaumajaksoihin, jotka usein miten laiturin suunnittelija on yksilöinyt esimerkiksi numeroin. Jos halutaan, niin toinen ulottuvuus saadaan, kun laiturin paikkatietoon otetaan mukaan rakenteen korkeusasema eli sijainti. Se voi olla esimerkiksi 2m laiturin kannen tason alapuolella eli silloin todennäköisesti hieman vesirajan yläpuolella. Edelleen kolmas ja paikkatiedon viimeinen ulottuvuus saadaan mukaan kun mitataan esimerkin rantalaituria sivusuunnassa vaikka 3m laiturilinjalta taaksepäin, jossa voi nosturiradan kisko. Kaikki edellä esitetty paikkatieto on kuitenkin suhteellista tietoa eli kärjistä-

36 36 en tyhmää tietoa. Jos tämän suhteellisen mittatiedon aloituspiste puretaan vaikka laiturin saneerauksen yhteydessä menettää kaikki tieto sijaintinsa. Nykyisin paikanmäärityksen tulisi perustua käytössä oleviin kaikkien tuntemiin mittauskoordinaatistoihin. Tällöin määritetty sijainti tulee löytymään helposti ja myös siinä vaiheessa kun edelliset kunnossapitäjät ja mittamiehet ovat poistuneet tehtävistään eläkkeelle. Suunnittelutyössä rakenteita suunnitellaan yhä enemmän kolmiulotteisina ja voidaan hyödyntää tietomalleina myös rakenteista toteutettaessa ja edelleen ylläpidossa. Tietomallit ovat kolmiulotteisia ja ne voidaan helposti sijoittaa koordinaatistoihin, joita voi samassa mallissa olla käyttäjän tarpeen mukaan useitakin. Eli paikkatiedon saa samasta mallista useassa järjestelmässä esimerkiksi koordinaattijärjestelmissä VVJ ja ETRS-GK27. Sama koskee korkeusasemaa, sillä sitäkin mitataan useissa eri järjestelmissä. Paikkatiedon käsittelyn merkitystä on hyvä pohtia syvällisemmin vedenalaisten rakenteiden osalta. Paikkatiedon hallinta toimii ja on toiminut jo pitkään hyvin väylätöissä. Jos harauksen yhteydessä todetaan harassa kosketus voidaan mitatun sijainnin (koordinaatit x,y ja z) perusteella käydä jälkikäteen ruoppaamassa väylä tai satama-allas jälkeen oikeaan syvyyteen. Sen sijaan vedenalaisten rakenteiden tutkimuksissa ja korjaustöissä sijaintia ei yleensä mitata yksiselitteisestä ja mittauksia voi suorittaa henkilöt, joiden osaaminen rajoittuu lukemien kirjaamiseen mittauslaitteista. Tämän vuoksi voi syntyä teoriassa monia ongelmia. Korjaustyö tehdään eri kohdassa kuin suunniteltiin, korjataan laiturin alla väärä paalu, tukitaan viereinen liikuntasauma ja vuotava jää korjaamatta, injektoidaan pieniä halkeamia mutta pahimmat jää korjaamatta jne. On eri asia todeta paikka veden alla paaluviidakossa, jossa näkyvyys on alle metri verrattuna siihen että sillan kannella sijainti todetaan omin silmin ja se vahvistetaan merkintämaalilla työtä varten. Rakenteiden seurannassa paikkatiedon suhteen kysymys on siis myös tiedon hallinnasta. Vebeter-hankkeessa ei ollut tarkoitus kehittää mittauslaitteita koordinaattien mittaamiseen vaan pohtia asiaa kokonaisvaltaisesti ja ottaa siihen kantaa kuten edellä on jo tehty. Hankkeessa tehtiin käytännön tutkimuksia oikeissa kohteissa ja siksi paikanmääritystä päätettiin suorittaa ja testata konkreettisesti. Tämän vuoksi hankkeen yhteydessä hankittiin Stonex S7G kevyt käsikäyttöinen dgps-paikannuslaite. Rakenteita tutkittaessa on tärkeää tietää jokaisen mittaustuloksen, valokuvan, koekappaleen tai vaurion paikka x, y, z -koordinaatistossa. Nykykäytäntö selvitysten mukaan tällä hetkellä rakenteista otetut mittaustulokset ja sijainnit on mitattu enimmäkseen mittanauhal-

37 37 la ja tulokset on siirretty paperille. Paikannuslaitteiden etuna on paikkatietojen saaminen helposti talteen, jonka jälkeen paikkatiedot voidaan siirtää tietokoneohjelmistoihin ja 3Dmalleihin eli esimerkiksi jokaisen koekappaleen paikka voidaan tarkasti yksilöidä Paikanmääritys hankkeessa Hankkeen tutkimuksissa käytettiin ns. dgps-laitetta STONEX S7. Laitteen valmistajan mukaan tämän sarjan GPS/GNSS vastaanottimissa yhdistyvät moderni paikannustekniikka ja tehokas kämmentietokone, jolloin paikkatiedon keruu on nopeaa ja tarkkaa. S7 on kompakti, ergonominen ja pienikokoinen vastaanotin. Laitteen mitat ovat 234 mm x 99 mm ja paino alle 900 g. Laitteen sisällä on Marvell Xscale PXA MHz prosessori ja Windows Mobile 6.5 Professional käyttöjärjestelmä. Kaikissa S7-laitteissa on GPS/GPRS-modeemi, joka takaa nopean ja tehokkaan tietoliikenneyhteyden kentällä, sekä Wi-Fi ja Bluetooth-lähettimet, joiden avulla tiedonsiirto onnistuu pitkilläkin etäisyyksillä. Sisäisen modeemin avulla laite voi myös vastaanottaa korjausdataa RTK-verkosta, jolloin paikannuksen tarkkuutta voidaan parantaa. Kuva 15. Stonex S7G paikannuslaite ( Käyttökokemukset Projektin tekijät eivät ole mittaustekniikan ammattilaisia. Siksi mittauksen ongelmat ja myös siihen liittyvät mittausvirheiden riskit tulivat hyvin esille. Paikannuslaitteen käyttö on pienen harjoittelun ja ohjelmistoon tutustumisen jälkeen kohtuullisen helppoa aloittelijalle. Laitteen käyttöjärjestelmässä pääsee helposti mittausohjelmaan, jonka jälkeen peri-

38 38 aatteessa yhtä nappia painamalla voidaan aloittaa mittaukset. Ennen mittauksen aloittamista on tarkistettava, että gps-satelliittien liikkeitä kuvaavat parametrit (tässä laitteessa P- Dop, D-Dop) ovat riittävän pieniä, jotta mittaus olisi tarkkaa. Ennen varsinaisten kohteiden tutkimuksia laitetta koekäytettiin koepaikannuksina Kymenlaakson ammattikorkeakoulun kampusrakennuksen ympärillä. Mittausten jälkeen paikkatiedot vietiin ohjelmistoihin. Koepaikannuksissa todettiin systemaattisia virheitä, jotka olivat suuruusluokkaa 7 m. Asiaa käytiin selvittelemään yhdessä laitteen toimittaneen yrityksen kanssa. Tällöin huomattiin että laitteessa ei ollut toiminnassa ns. RTK-signaalin korjauspalvelua, vaikka se oli laitteen hankinnan yhteydessä tilattu. Tämä oli yksi osoitus siitä kuinka helposti mittavirheitä voi saada aikaan jos osaaminen puuttuu ja/tai ei selvitetä laitteen toimintakuntoa tunnetulla mittauskiintopisteellä. Helsingissä Keisarinluodon laiturin tutkimuksissa dgps-laitetta päästiin kokeilemaan oikeissa olosuhteissa. Paikkatiedot tallennettiin poranäytteiden irrotuskohdista ja kimmovasaran lyöntipaikoista. Koska tutkimuksen yhteydessä ei käyty mittauskiintopisteellä, laitteen toiminnan testaamiseksi mitattiin laiturilla sijaitsevien pollarien sijainti. Edellisessä kappaleessa todetun ongelman demonstroimiseksi ensimmäisissä mittauksissa ei käytetty RTK-korjauspalvelua. Tässä kohteessa mittausten tarkkuus oli silti dgps-laitteelle kohtuullinen eli noin 1.0m. Kuvasta 16 voi nähdä miten pisteet asettuivat Keisarinluodon laiturille. Kuvan mittakaavan perusteella ei tarkkuutta voi nähdä. Kuva 16. Keisarinluodon mittaukset (Hannus 2013)

39 Tietomallit tutkimuksissa Yleistä Jo edellisessä luvussa todettiin että paikkatietoa hallitaan parhaiten tietokoneohjelmistojen ja järjestelmien avulla. Tällä hetkellä ns. tietomallien käyttö on yleistymässä ja koska ne suoraan liittyvät hankkeen aihepiiriin päätettiin projektissa perehtyä niihin ja ottaa kantaa niiden käyttöön vedenalaisten rakenteiden tutkimuksissa. Mallien käyttö on voimakkaasti lisääntynyt kaikilla rakentamisen sektoreilla. Monissa suunnittelutehtävissä ja toimeksiannoissa mallintaminen vaaditaan jo pakollisena. Tällä hetkellä mallinnetaan lähinnä uudisrakentamisen kohteita mutta jatkossa tietomalleja tullaan käyttämään yhä enemmän myös korjausrakentamisessa ja rakenteiden ylläpidossa. Kuva 17. Tietomallia voidaan hyödyntää rakenteen koko elinkaaren ajan Tietomalli tarkoittaa rakenteen geometrian esittämistä digitaalisessa formaatissa kolmiulotteisesti kaikkine ominaisuuksineen ja muine tietoineen. Rakenteen geometrian lisäksi tietomalli sisältää usein tai siitä voidaan tuottaa piirustuksia, paikkatietoa, suunnitteluasiakirjoja, rakentamisen aikaisia asiakirjoja sekä käytön ja ylläpidon aikaisia asiakirjoja kuten seurantatietoa, tutkimusraportteja, korjaussuunnitelmia ja muita asiakirjoja. Parhaimmillaan tietomallilla voidaan hallita rakenteen koko elinkaari. Ensin tietomalli luodaan suunnitteluvaiheessa ja se hyödynnetään myös toteutuksessa. Mallia käytetään käytön ja ylläpidon aikana aina mahdolliseen rakenteen purkamiseen saakka. Usein rakentamisen tietomalleja käsiteltäessä tulee esille termi BIM. Se tarkoittaa lähtökohtaisesti rakennuksen tietomallia ja se tulee englanninkielisistä sanoista building information modeling. Termiä voidaan käyttää yhtä hyvin muidenkin rakenteiden kuten infrarakenteiden tietomalleissa.

40 40 Perusteita tietomallintamisen käyttöönotolle on ollut monia. Mallin etuja perinteiseen dokumentointiin ovat sen kolmiulotteisuus, virtuaalisuus ja havainnollisuus. Siksi esimerkiksi suunnitteluvirheet voidaan havaita helpommin. Rakennushankkeessa tietoa voidaan siirtää sekä hankkeen sisällä suunnitteluvaiheessa että toteutuksessa. On jo todettu että toteutuksen aikana saavutetaan säästöjä materiaaleissa ja työmenekeissä. Saavutetaan käyttökelpoisempaa tietoa kokonaisuuksien yhteensovittamiseksi liittyen sekä rakennustuotteiden valmistukseen, logistiikkaan että asennustyöhön. Jatkossa tietomallinnus tulee yhä enemmän mukaan omaisuudenhallintaan rakenteiden käytössä ja ylläpidossa Tietomallit hankkeessa Tietomallinnukseen soveltuvia ohjelmistoja on käytössä muutamia. Hankkeessa valittiin tietojen käsittelyyn muutamien hankkeen yhteistyökumppaneiden käyttämä Tekla BIMsight. Hankkeessa haettiin ohjelmaa, johon voidaan tuoda 3D-tietomalli ja johon voi lisätä kohdennettua tutkimustietoa. Tutkimustietoihin kuten kuvat, videot, tutkimustulokset ja muut asiakirjat on lisättävä sijaintitiedot, jotta ne pystytään paikantamaan tulevien jatkotoimenpiteiden takia. Paikkatiedon sisältämä tutkimustieto on tukena määriteltäessä myöhemmin uusia tarkastuksia sekä korjaustarpeita. Samaan malliin tulee pystyä sisällyttämään rakenteen koko kunnossapito historia. Siitä tulee olla helposti selvitettävissä tehdyt tarkastukset sekä niiden sijainnit. Samasta rakenteesta tai kohdasta otettuja tietoja voi verrata myöhemmin ja nähdä esimerkiksi betonin tilan kehittyminen. Simo Vainion opinnäytetyön ohessa tehdyssä kyselytutkimuksessa nousi esille se että tietomallipohjainen kunnonhallintasovellutus tarvitaan tutkimusten ja niiden tulosten tarkempaan kohdentamiseen, reaalisaikaisen tiedon päivitykseen ja edelleen lisäämään kustannustehokkuutta. Kyselytutkimuksessa korostettiin myös sitä, että tietomallipohjainen kunnossapitojärjestelmä toimisi yhtenä ohjelmistokokonaisuutena, eikä rinnalle tarvita erillisiä ohjelmia arkistointia varten. Kyselyn mukaan kuntotutkijat, suunnittelijat ja muut osapuolet odottivat pääosin helpotusta korjaustöiden suunnitteluun sekä lähtötietojen saamiseen. Moni vastaajista piti tietomallin tuoma selkeyttä ja havainnollisuutta rakenteesta tärkeänä asiana ja että tietomallien tekeminen on tarpeellista.

41 41 Tekla BIMsight ohjelmisto on ammattikäyttöön tarkoitettu työkalu rakennusalan projektiyhteistyöhön. Kaikki projektin osapuolet voivat jakaa tietoja yhdessä ja samassa 3Dympäristössä. BIMsight ohjelmisto valittiin Vebeter-hankkeeseen myös ohjelman mainostaman helppokäyttöisyyden takia. Kymenlaakson ammattikorkeakoulun projektiasiantuntijat Matti Havuaho ja Sirpa Laakso kävivät Teklan järjestämässä koulutuksessa, jossa koulutettiin BIMsightin käyttöä. Koulutuksen jälkeen ohjelmiston käyttäminen oli suhteellisen helppoa. Kuva 18. Tekla BIMSight kuvaotteita

42 Kokemukset Hankkeeseen osallistuneiden kokemukset tietomalleista muodostuivat osittain ohjelman omatoimisen käytön perusteella ja osittain hankkeessa tehtyjen infrarakenteiden käytännön tutkimusprojektien seurauksena. Näissä tutkimuskohteissa tietomallin tekivät työhön osallistuneet yritykset tutkimustyötä varten laaditun tarjouspyynnön ja tehdyn toimeksiannon mukaisesti. Kokemuksien perusteella tietomallien käytön aloittamien on suhteellisen helppoa, sillä ainakin Tekla BIMsight-ohjelmiston käyttöliittymä on selkeä ja looginen. Valmista mallia pääsee nopeasti tutkimaan ja siihen liittyviä dokumentteja on helppo avata. Mallin tekeminen olemassa olevan 2D-aineiston perusteella vaatii sitä vastoin jo perehtymistä ja siksi hankkeen projektityöntekijät eivät tehneet yhdestäkään kohteesta valmista tietomallia. Olemassa olevan tietomallin siirtäminen Tekla BIMsightiin onnistuu hyvin. Tätäkään ei voitu varsinaisesti käytännössä testata, sillä hankkeen tutkimuskohteet olivat vanhoja vesirakenteita eikä niistä ollut olemassa tietomalleja. Kaikki tutkimuksia varten tilaajalta saatu materiaali oli perinteistä kaksiulotteista suunnitteludokumentaatiota. Tietomallien yhtenä ongelmana tuli esille paikkatiedon tarkkuus. Oli kysymyksessä uudisrakennuskohteen tietomalli tai vanhan rakenteen tutkimusta varten tehty tietomalli, tulee sen sijaita oikeassa kohdassa. Rakenteen suunniteltu sijainti ei välttämättä vastaa rakenteen toteutunutta sijaintia. Samoin rakenteen tai rakennusosan suunnitellut mitat eivät välttämättä ole samat kun rakennustyössä toteutuneet mitat. Esimerkiksi infrarakennuskohteissa on jouduttu ja joudutaan edelleen usein reagoimaan yllätyksiin vaikkapa maaperäolosuhteiden vuoksi ja jos tätä ei ole dokumentoitu voi se jäädä puuttumaan tehdyistä tietomalleista. Tietomallissa paikkatiedon tulee siis perustua todelliseen sijaintiin tarkemittausten perusteella. Ei tietenkään haittaa vaikka uudisrakennuskohteissa jää tietona myös suunniteltu sijainti ja rakennusosien suunnitellut mitat. Paikkatieto ja sen hallinta korostuu infrakohteiden tietomallintamisessa. Koordinaattien tulee perustua alueella käytössä olevaan koordinaattijärjestelmään. Paikkatiedon käytettävyys edellyttää, että itse tietomalli on tehty oikeaan sijaintiin eli kaikkien rakenteiden paikka löytyy oikeissa koordinaateissa. Lisäksi tietomalliin lisättäviin dokumentteihin tulee pystyä lisäämään paikkatieto. Vebeter-hankkeessa projektille tehdyt 3D-mallit eivät sijainneet oikeassa koordinaattijärjestelmässä, joten muidenkaan mittausten, laboratoriotutkimuksien ja dokumenttien paikkatietojen lisääminen BIMSight-malleihin ei onnistunut.

43 43 BIMSightin yhtenä ongelmana oli tiedon lisääminen suuriin malleihin suhteellisen mittatiedon perusteella. Esimerkiksi laiturin tutkimuskohteessa mallinnettiin vedenalaiset kasuunit, joiden pituusmitta oli 6-10m. Ohjelmassa pystyttiin lisäämään dokumentteja vain suoraan objekteihin ja ongelmaksi tuli kasuunin suuri koko. Dokumentit voitiin sijoittaa vain objektin koon tarkkuudella. Esimerkiksi tarkkaa näytteen porauskohtaa ei pystytty kasuuniin merkitsemään suhteellisen mittatiedon perusteella. Tarkempaa dokumenttien liittämistä varten on tietomalliin lisättävä Tekla Structures ohjelmalla uusia objekteja haluttuihin paikkoihin. Silloin paikkatieto saadaan kohdistettua tarkemmin. Tietomalliin on mahdollista lisätä 2D-kuvia kuten asemapiirroksia tai leikkauskuvia. 2D-kuvia ei kuitenkaan saatu näkymään samassa näkymässä tietomallin kanssa. Yhteenvetona voidaan todeta että BIMsight ei ole nykyisessä muodossaan riittävä ohjelmisto rakenteiden ylläpitoon ja kunnonhallintaan. Tehdyt 3D-mallit ovat hyvin pelkistettyjä eikä niistä saa välttämättä oikeaa käsitystä kyseessä olevasta rakenteesta. Paikkatietojen siirtäminen BIM malliin on hankalaa, koska malli ei toimi kaikilta osin koordinaatistossa. Muutokset 3D-malleihin on tehtävä erillisellä Tekla Structure ohjelmistolla, jonka käyttö vaatii paljon harjoittelua ja perehdytystä. Tietomallin tekeminen vaatii paljon työtä. Jos malli ei ole kaikilta osin käyttökelpoinen, voi työ mennä hukkaan. Mallintamiseen ei kannata ryhtyä vain mallintamisen vuoksi trendi-ilmiönä. Vanhoista rakenteista ylläpitoa varten tehtävien tietomallien laatimiseen tulee omistajien ja ylläpitäjien taholta laatia tarkat ohjeet ja vaatimukset. Yksi tärkeä asia on paikkatieto, joka kuten luvussa 5 todettiin, ei ole helppo asia. Tietomallin sisältämien rakenteiden tulisi olla kolmiulotteisia ja niissä tulee selvitä myös materiaalit ja ominaisuudet. Rakenteita ei tulisi kuvata kaksiulotteisina pintoina, kuten nyt usein tehdään. Sen sijaan vesistön pohja rakenteen edustalla voi olla mallissa 3D-kalvo. Infrakohteiden tietomallien tulee, mikäli mahdollista, sisältää myös maaperätiedot. Pohjatutkimuksien perusteella voidaan tarvittaessa lisätä tietomalliin rakenteen ympäristö kolmiulotteisena. Kokemuksien mukaan tietomallit eivät tule korvaamaan vanhan dokumentaatiota. Vanha suunnitteluaineisto ja myöhempi ylläpitohistoria on siksi sisällytettävä malleihin tiedostoina ja asiakirjoina esimerkiksi skannattuna.

44 44 On syytä korostaa että edellä mainitut kokemukset esitettiin lähinnä yhden ohjelmiston käytön perusteella. Hankkeeseen osallistuvien kokemuksien mukaan muissa ohjelmistoissa on tällä hetkellä ominaisuuksia, joiden vuoksi ne voivat soveltua paremmin kunnon hallinnan tarpeisiin. On selvä että kun käyttäjien tarpeet ja vaatimukset tarkentuvat kehittyvät ohjelmat tulevina vuosina niiden mukaisesti. 6 SUKELLUSTUTKIMUKSET 6.1 WP2 Sukellustutkimukset Vebeter-hankkeen toisessa vaiheessa tehtävänä oli tehdä kuntotutkimuksia valittuihin kohteisiin nykyisin yleisesti käytössä olevilla tutkimusmenetelmillä ja -laitteilla. Yhteistyökumppaneiden kanssa valittiin sopivat käytännön tutkimuskohteet, jotka olivat Keisarinluodon- ja Melkinlaituri Helsingissä, Öljylaituri 1 Haminassa sekä Ahvenkosken-, Hirvivuolteen- ja Hirvikosken sillat. Kohteisiin tehtiin tutkimussuunnitelmat omistajalta tai tilaajalta saatujen tietojen ja kuvien perusteella. Jokaisessa kohteeseen tehtiin likimäärin samanlaiset tutkimukset. Tutkimussuunnitelmien mukaan kohteista päätettiin ottaa poranäytteitä vesirajasta sekä vesirajan ylä- ja alapuolelta. Kohteet päätettiin kuvata videokameralla. Kaikkiin kohteisiin sisältyi visuaalinen kuntokartoitus tutkimusalueella. Rakennuslaboratoriossa tuli poranäytteistä tutkia puristus- ja vetolujuus, kloridit, karbonatisoituminen sekä tehdä vaurioanalyysi labrassa valmistetusta ohuthieestä. Työkohteiden tutkimuksissa hankkeen ulkopuolisilla yrityksillä teetettävä tutkimustyöt kilpailutettiin. Kohteisiin saatiin hyväksyttyjä tarjouksia vain kolmelta eri yritykseltä ja niihin valittiin kaksi yritystä suorittamaan työt. Valitut yritykset olivat Sukellus Kotka Oy sekä Sukellus Wihuri Oy. Kaikista tutkimuksista laadittiin tutkimusraportin, jotka on luovutettu tilaajalle. Raportit laati toimeksiannon saanut yritys. Kymenlaakson ammattikorkeakoulun rakenuslaboratorion laboratoriotutkimuksien tulokset on myös lähetetty työn tilaajalle. Tässä hankkeen loppuraportissa on kuvattu lyhyesti hankkeessa tehdyt tutkimukset sekä kommentoitu niitä. Sen sijaan tutkimusraportteja ei ole liitetty mukaan.

45 Keisarinluodon Laituri Sukellustutkimus suoritettiin Helsingin Sataman kohteessa Kauppatorilla. Kohde oli Keisarinluodon laituri, joka on tehty paikalle valettuna vedenalaisilta osilta contractor-valuna. Tutkittavat rakenteet laiturissa oli kasuunin etuseinä, joka on tehty massiivisena valuna sekä laiturin vesirajan yläpuolinen reunamuuri. Tutkimustyön ja näytteidenoton suoritti Sukellus Wihuri Oy Kymenlaakson Ammattikorkeakoulusta mukana olivat Teemu Pirinen ja Matti Havuaho. Kohteessa tehtiin seuraavat tarkastelut: - Yleistarkastus: Kuvattiin kohde vedenalaisella kameralla ja tehtiin silmämääräinen tarkastus. Todettiin rakenteiden kunto ja paikannettiin vauriokohdat. - Vaurioanalyysi ja otettiin kohteesta poranäytteitä. Poranäytteet otettiin eri korkeustasoilta, vesirajan yläpuolelta, vesirajasta ja vesirajan alapuolelta. Näytteenottokohdat paikannettiin ja porareiät paikattiin näytteenoton jälkeen. - Tutkimuksesta laadittiin yksityiskohtainen ja tarkka raportti. Laboratoriotutkimuksista laadittiin oma raportti Kymenlaakson Ammattikorkeakoulun toimesta. Tutkimusalue rajoittui kahdelle eri laiturin liikuntasaumajaksolle, jotka sijaitsivat välillä 0 18m ja 40 50m. Poranäytteet otettiin kasuuneista 2 ja 6. Mittaukset tehtiin suhteellisina ja mittaushavaintojen 0-kohta oli ponttiseinän julkisivun vasemmasta kulmasta mitattuna neljä metriä oikealle. Kuvissa 19 ja 20 on esitetty Keisarinluodon laiturin Helsingin kauppatorilla. Kuva 19. Keisarinluodon laiturin sijainti Helsingissä kauppatorilla

46 46 Kuva 20. Keisarinluodonlaituri ( Havuaho 2012) Tutkimuskohteen silmämääräinen tarkastus ja videokuvaus suoritettiin tutkimusalueella Sukeltajan havainnot kirjattiin paperille ylös. Tämän loppuraportin liitteenä 1 on kooste silmämääräisistä havainnoista. Videokuvaus tehtiin normaalilla videokameralla johon oli asennettu vedenalaisia kuvauksia varten vesitiivis kotelo ja valaistus. Kuvassa 21 on esitetty tutkimuksessa käytetty videokameralaitteisto. Kuva 21. Vedenalainen videokamera. ( Havuaho 2012)

47 47 Poranäytteidenotto suoritettiin Porauksessa käytettiin Sukellus Wihuri Oy:n laitteita. Poraukseen käytettiin paineilmalla toimivaa porakalustoa. Kuvassa 22 on pora, jota käytettiin näytteenottamiseen. Poranäytteet otettiin kasuunista 2 ja 6 vesirajasta ja vesirajan alapuolelta. Poranäytteet olivat halkaisijaltaan 90 mm ja pituudeltaan noin 300 mm. Puristuslujuuden määritystä varten otetut koekappaleet on irrotettu poranäytteistä kasuunin ulkopinnasta mitattuna noin 150 mm syvyydeltä. Kuva 22. Paineilmalla toimiva timanttiporakone (Havuaho 2012) Poranäytteet (4 kpl) katkaistiin 150 mm mittaisiksi ja pintaosat lähetettiin ulkopuoliselle tutkimuslaitokselle ohuthietutkimukseen (ASTM C856) ja kloridimääritykseen happoliukoisella menetelmällä. Poranäytteiden syvemmät lieriöosat tutkittiin Kymenlaakson ammattikorkeakoulun rakennuslaboratoriossa. KyAMK:in rakennuslaboratoriossa tutkittiin vain kolme näytettä, sillä yksi näyte rikkoontui. Keisarinluodon sataman laiturin poranäytteille tehtiin ensin ultraäänimittaus ja sen jälkeen tehtiin puristuslujuuden määritys standardin SFS-EN mukaisesti. Rakennuslaboratoriossa näytteiden dimensiot mitattiin ja niistä valmistettiin 3 koekappaleet puristuslujuuden testausta varten. Koekappaleet säilytettiin rakennuslaboratoriossa vesialtaassa ja ultraäänimittaukset tehtiin modifioidulla ultraäänimittarilla veden alla.

48 48 Ultraäänimittauksessa mitataan ultraäänen läpimenoaikaa. Nopeus kuvaa betonin kuntoa. Jos läpimenoaika on hidas, niin silloin oletettavasti betonissa on sisäisiä halkeamia, jotka hidastavat läpimenoaikaa. Taulukossa 4 on esitetty ultraäänimittaustulokset. Alemmassa taulukossa on esitetty BY 42 vaatimukset ultraäänimittaukselle. Ultraäänimittauksen tulokset ovat hyvin epävarmoja, koska vesi toimii hyvänä johteena ultraäänelle. Betonin sisällä olevat halkeamat täyttyvät vedellä ja tällöin ultraääni kulkee paremmin halkeamien läpi. Taulukko 4. Ultraäänimittaustulokset betonikoekappaleista modifoidulla laitteella Näyte Pituus (mm) Mittaus 1. (цs) Mittaus 2. (цs) Mittaus 3. (цs) Keskiarvo (цs) Nopeus (km/s) ,0 32,8 32,8 32,9 4,9 1, ,9 28,9 28,9 28,9 4,8 2.1 Näyte katkesi ,4 28,1 28,0 28,2 5,0 Kloridipitoisuuden määrityksessä jokaisesta poranäytteestä tutkittiin pitoisuudet 0-20mm ja 20-40mm etäisyydeltä näytteen ulkopinnasta. Tulokset olivat kaikki välillä 0,07-0,87 CL - p-%. Kloridipitoisuuden kriittinen raja-arvo on 0,03-0,07 p-%. Näytteiden pitoisuuden ollessa kriittisessä raja-arvossa tai sen yli on mahdollista, että se vaarantaa rakenteiden säilyvyyden. Kaikkien näytteiden mitatut kloridipitoisuudet ylittivät kriittisen raja-arvon. Vaurioanalyysin perusteella todettiin että kloridipitoisuudet ylittivät sallitut raja-arvot. Samalla todettiin että kasuunissa 6 on pakkasrapautumaa ja puristuslujuudet olivat alhaiset. Näytteissä oli pakkasen aiheuttamaa mikrorakoilua 20mm:n etäisyydelle asti ulkopinnasta. Havaittavissa oli myös kuivumiskutistumisen aiheuttamaa heikohkoa vaihtelevan suuntaista mikrorakoilua, joka ei kuitenkaan ollut jatkuvaa. Kyseessä oleva mikrorakoilu ei merkittävästi heikennä betonia, mutta altistaa sen rapautumisvaurioille kosteissa olosuhteissa. Näytteet olivat karbonatisoituneet keskimäärin 3mm syvyydelle ulkopinnasta mitattuna. Kasuunissa 2 betonin lujuudet todettiin vaurioanalyysissä hyväksi. Ohuthietutkimuksella todettiin, että betonissa on vähän pakkasvaurioilta suojaavia, suojahuokosiksi luokiteltavia ilmahuokosia. Mikrorakenteen ja huokosjaon perusteella betoni ei ole pakkasenkestävää kosteissa olosuhteissa. Rakennuslaboratoriossa tehdyt lujuuskokeet tukivat vaurioanalyysiä, mutta sukeltajan tekemän silmämääräisen tutkimuksen perusteella ei havaittu eroa kasuunien 2 ja 6 välillä.

49 49 Poranäytteissä olevat betoniraudoitukset olivat hyvässä kunnossa eikä korroosiota ollut niissä lainkaan todettavissa. Keisarinluodonlaituri oli tutkimuspaikkana hyvä kohde, koska siellä pystyttiin rauhassa suorittamaan kaikki suunnitellut sukellustutkimukset. Kohteesta saatiin suunnitelmien mukaan silmämääräisiä havaintoja, poranäytteitä ja videokuvaa. Poranäytteidenottopaikat saatiin paikannettua noin yhden metrin tarkkuudella. Videokuvan paikantaminen ei onnistunut. Videokuvaa saatiin otettua, mutta videoilta ei voida päätellä yhtään mistä kohtaa kuvaa on otettu. Silmämääräisten havaintojen perusteella voitiin todeta pieniä vaurioita, mutta mitään suurempaa ongelmaa ei näkynyt. Vaurioanalyysi mukailee myös silmämääräisiä havaintoja kasuunista 2. Kasuuni 6 on laboratoriotutkimuksien perusteella huonommassa kunnossa kuin silmämääräiset havainnot osoittivat. Ohuthietutkimuksessa todettiin, että pääsääntöisesti kaikki näytteet olivat hyvässä kunnossa ja vain pieniä vaurioita havaittiin lähinnä betonin ulkopinnassa. Puristuslujuustuloksista voidaan todeta, että kasuunissa 6 on porauskohdissa puristuslujuus pienempi. Myös näytteiden vaurioanalyysissä todetaan, että kasuunissa 6 oli enemmän vaurioita kuin kasuunissa 2. Ultraäänimittausten tuloksia ei kannata tarkastella, sillä tulokset ovat epäluotettavia. Hankkeen seuraavassa vaiheessa päätettiin tehdä vielä jatkotutkimuksia Keisarinluodonlaiturilla Melkin Laituri Melkin laituri sijaitsee Helsingin Länsisatamassa kuvan 23 mukaisesti. Sukellus Wihuri Oy suoritti tutkimukset Vebeter-hankkeen projektityöntekijöitä ei ollut Kymenlaakson ammattikorkeakoulusta paikalla tutkimusten aikana.

50 50 Tarkastuksen aikana työolosuhteet olivat huonot satamassa samanaikaisesti tehtyjen ruoppaustöiden vuoksi. Silmämääräisten havaintojen tekoa ja videokuvausta ei pystytty lainkaan suorittamaan. Kohteesta saatiin otettua vain poranäytteitä. Näytteet otettiin vesirajan alapuolelta noin 0.5m, 2m, 11.7m ja 12m syvyydeltä. Merivedenkorkeus oli tutkimuksen aikaan tasolla cm keskimääräiseen vedenkorkeuteen MW nähden. Kuva 23. Melkin laituri sijainti Helsingin Länsi-satama (Helsingin Satama 2012) Kohteesta otetut poranäytteet tutkittiin Kymenlaakson ammattikorkeakoulun rakennuslaboratoriossa ja yhteistyökumppaneiden laboratorioissa. Näytteille suoritettiin seuraavat tutkimukset: puristuslujuus, vaurioanalyysi ohuthieestä ja kloridit. Laboratoriotutkimuksien tulokset löytyvät raportin liitteestä 2. Tutkimuksen yhteenvetona voi todeta, että hankkeen kannalta tutkimukset eivät menneet suunnitelmien mukaan. Tämä johtui siitä, että Melkin laiturilla oli samanaikaisesti käynnissä ruoppaustyö, joka lisäsi veden sameutta. Laiturin kohdalla oli siis veden alla huono näkyvyys eikä sieltä saatu videokuvaa tai voitu tehdä silmämääräisiä havaintoja. Jatkotutkimuksia ei laiturille enää päätetty tehty.

51 Öljylaituri Sukellus Kotka Oy suoritti HaminaKotka satama Oy:n öljylaiturilla 1 tutkimukset Haminassa Laiturista tutkittiin vesirajasta teräsmanttelilla suojattuja paaluja. Projektin yksi tavoitteista oli myös tarkistaa missä kunnossa betoni on manttelin sisällä. Tarkoituksena oli avata kohteessa paikan päällä manttelin kuori muutamasta kohtaa vesirajan vaihtelualueella ja porata näytteet betonista. Samalla oli tarkoitus tehdä silmämääräisiä havaintoja ja valokuvata rakenteita. Tutkittava paalu sijaitsi Öljylaiturin 1 pitkän sivun pohjoispään kulmassa. Paalu on yksi eniten kuormitetuista paaluista laiturilla ja siihen kohdistuu helposti jääkuormia erityisesti laivan tullessa talviolosuhteissa laituriin. Laiturin yleiskunto ei kaikilta osin ole hyvä ja ilman korjaustoimenpiteitä oletetun käyttöiän odotetaan olevan lyhyehkö. Tutkittava paalu on jo kertaalleen uusittu kokonaan 2000-luvun alkupuolella. Työsuorituksen ajan sääolosuhteet olivat hyvät ja näkyvyys vedessä oli noin 2 metriä. Meriveden korkeus tarkastushetkellä oli -10cm keskiveteen nähden. Poranäytteiden otto aloitettiin polttoleikkaamalla mantteli auki ja hitsaamalla poransyöttölaite paaluun kiinni. Kuvassa 24 on esitetty hitsatun syöttöjalustan kiinnitys tutkittavassa paalussa. Näytteitä otettiin vesirajasta, +40cm vesirajasta ja -50 cm vesirajasta. Porauksessa käytettiin halkaisijaltaan 50 mm poranterää. Kuva 24. Hitsattu syöttöjalusta tutkittavassa paalussa (Sukellus Kotka 2012 ).

52 52 Silmämääräisen tarkastelun perusteella tutkittava paalu oli hyvässä kunnossa pohjaan asti. Paalun teräsvaippa oli ehjä ja kevyen ruostekerroksen peitossa. Raaputtaessa pintaa oli havaittavissa pientä noin 2-3 mm syöpymää. Ainevahvuusmittauksia ei tehty, joten korroosion syvyyttä tai jäljellä olevaa ainevahvuutta ei yksiselitteisesti voitu selvittää. Paalu on jälkikäteen korjaustyössä asennettu ja sen alapäässä veden alle rakennettu betoniantura todettiin ehjäksi. Antura sijaitsee noin 8.4m syvyydessä. Meren pohjan koostuu tällä kohtaa pintamateriaalina savesta ja siltistä. Anturan vieressä oli runsaasti muita paaluja, jotka olivat siis alkupäisiä lyömällä asennettuja tukipaaluja eikä niissä ollut siis anturoita. Nämä paalut olivat pohjan läheisyydessä hyvässä kunnossa ja vain pientä levä- yms. kerrostumaa oli havaittavissa. Laiturin alla oli näkyvissä myös paaluja joihin ei ole asennettu mantteleita vesirajaan. Osassa näissä paaluissa oli raudoituksia näkyvissä ja betoni rapautumassa. Kuvissa 25 ja 26 näkyy vesirajastaan vaurioituneita paaluja. Kuva 25. Vaurioita laiturin paaluissa ja kannen alapinnassa (Sukellus Kotka 2012)

53 53 Kuva 26. Vaurioita laiturin paaluissa ja kannen alapinnassa (Sukellus Kotka 2012) Poranäytteet tutkittiin Kymenlaakson Ammattikorkeakoulun laboratorion toimesta. Poranäytteistä tutkittiin vetolujuus, vaurioanalyysi ja kloridipitoisuus. Tutkimustulokset liitteessä 2. Vaurioanalyysin perusteella vesirajan yläpuolella +0,4 m otettu näyte oli 11 mm ulkopinnasta heikkoa ja mm tyydyttävä muuten lähes hyvä. Vesirajasta otetun näytteen kunto oli 20 mm ulkopinnasta heikkoa ja muuten tyydyttävä. Vesirajasta otetun näytteen vetolujuus oli 0,1 MN/m2 ja vetolujuusarvoja < 1,0 MN/m 2 voidaan pitää tyypillisinä rapautuneille betoninäytteille (BY 42). Vaurioanalyysissä todettiin, että näyte ei painanut juuri mitään ja siitä puuttui kiviaines lähes kokonaan. Vesirajan alapuolelta -0,5 m näyte oli tyydyttävä. Kolmesta poranäytteestä yksi näyte oli erittäin heikkolaatuista betonia. Tämän yhden tutkimuksen perusteella ei voi arvioida betonityön onnistumista manttelin sisään. Manttelin sisäisen betonin tarkastelu on työlästä, koska manttelia joudutaan polttoleikkaamaan auki ja myös paikkaamaan hitsaamalla pala takaisin Siltakohteet Hankkeen työpaketissa WP2 oli tarkoitus tehdä kuntotutkimuksia myös vesistösilloille. Liikenneviraston ehdottamille siltakohteisiin ei kuitenkaan päästy virtausolosuhteiden

54 54 vuoksi tekemään tutkimuksia. Kohteisiin käytiin tutustumassa Sukellus Kotka Oy:n edustajan kanssa ja heiden mielipiteensä oli, että ei ole järkevää mennä tutkimaan siltoja kyseisinä ajankohtina, koska veden pinta oli hyvin korkealla ja tästä johtuen vesirajassa oli erittäin kovat virtaukset sillan perustuksien kohdalla. Tarkoituksena olisi ollut tutkia Ahvenkosken, Hirvikosken ja Hirvivuolteen sillat Yhteenveto WP2 sukelluksista Vebeter-hankkeen vaiheessa WB2 suoritettiin kolme sukellustutkimusta erilaisissa kohteissa. Kohteet olivat Helsingin sataman kohteet Keisarinluodonlaituri kauppatorilla sekä Melkin laituri Länsi-Satamassa, HaminaKotka Satama Oy:n kohde Haminan satamassa Öljylaituri 1. Tutkimukset suoritettiin maalis- ja toukokuussa Hankkeen tämän vaiheen tutkimuksissa oli tavoitteena selvittää vedenalaisten rakenteiden nykyisiä tutkimuskäytäntöjä monipuolisesti ja kokonaisvaltaisesti sekä tutkimuslaitteiden, paikannuksen että raportoinnin yms. kannalta. Hankkeen tutkimuslähtökohdan kannalta onnistunein tutkimuskohde oli Keisarinluodonlaituri Helsingin kauppatorilla. Tästä syystä päätettiin tehdä myös hankkeen myöhemmässä vaiheessa tutkimuksia kyseisellä laiturilla uusin menetelmin. Muissa kohteissa tutkimukset olivat osin hankalia toteuttaa joko vesiliikenteen vuoksi ja rakenteiden hankalien sijaintien vuoksi. Keisarinluodon laiturin rakenteista saatiin runsaasti tutkimustuloksia sekä paikanpäällä että myöhemmin laboratoriossa. Näitä voitiin käyttää hyödyksi myöhemmässä vaiheessa hanketta kun tutkimukset tehtiin hankkeessa kehitetyillä menetelmillä ja voitiin myös vertailla uusia ja vanhoja tuloksia. Hyvän näkyvyyden ansiosta kohteessa voitiin tehdä silmämääräisiä havaintoja, ottaa videokuvaa ja ottaa poranäytteitä. Tutkimukset osoittivat, että pieniä vaurioita kohteessa oli, mutta ei mitään vakavaa. Melkin laiturin tutkimukset eivät menneen laadittujen suunnitelmien mukaisesti. Sukellustutkimuksia haittasi huono näkyvyys veden alla satama-altaassa. Veden sameutta saattoi edesauttaa lähistöllä tehtävä ruoppaustyö. Siksi veden alta ei saatu lainkaan silmämääräisiä havaintoja eikä videokuvaa kohteesta saatu. Laiturista saatiin otettua neljä poranäytettä jotka tutkittiin Kymenlaakson Ammattikorkeakoulun rakennuslaboratoriossa. Näytteistä tutkittiin puristuslujuus, vaurioanalyysi ja kloridipitoisuus. Tutkituissa näytteissä ei löytynyt muuta merkittävää kuin korkeat betonin kloridipitoisuudet. Todettiin, että kohteessa ei kannata tehdä jatkotutkimuksia, koska lähtötietoina ei saatu sitä mitä tutkimussuunnitelmaan oli tavoitteeksi asetettu.

55 55 HaminaKotka Satama oy:n kohteessa Öljylaituri 1 tavoitteena oli selvittää vesirajan manmanttelirakenteiden sisällä olevien betonirakenteiden kunto. Tässäkään kohteessa ei päästy kaikilta osin tavoitteeseen, joten päätettiin, että jatkotutkimuksia ei enää tehdä tässä kohteessa. Suunniteltuja siltakohteita ei päästy tutkimaan lainkaan olosuhteiden vuoksi. 6.2 WP4 Sukellustutkimukset Hankkeen neljännessä vaiheessa eli työpaketissa WP4 tehtiin vedenalaisten betonirakenteiden tutkimuksia käyttäen hankkeessa kehitettyjä tutkimuslaitteita tai niiden prototyyppejä. Samalla tehtiin tilaajan haluamat tavanomaiset sukellustarkastukset, jotka toimeksiannon saanut yritys raportoi. Yhdeksi pilotti kohteeksi valittiin HaminaKotka Satama Oy:n laituri EU2 Haminassa. Toiseksi kohteena valittiin Keisarinluodon laituri Helsingin kauppatorilla, johon tehtiin hankkeen työpaketissa WP2 vuonna 2012 sukellustutkimukset vain perinteisin menetelmin. Vaiheen tarkastussukellukset tekivät Sukellus Wihuri Oy ja Tmi Miika Tonttila Sukellustutkimukset HaminaKotka Satama Oy:n laituri EU2 toimi hankkeen työpaketin WP4 yhtenä pilotti kohteena. Kohteesta tehtiin sukellustarkastuksia ja myös tietomalleihin liittyen 3D-luotaus. Kaikuluotauksen tulosten perusteella tehtiin 3D-malli, jota hyödynnettiin luotauksen jälkeen tehdyssä sukellustutkimussuunnitelmassa sekä tulosten esittämisessä. Keilaus suoritettiin WSP Oy:n toimesta ja sukellukset suoritti Sukellus Wihuri Oy ja Tmi Miika Tonttila ja WSP Oy luotasi laituri rakenteen ja meren pohjan laiturin edustalla monikeilauslaitteistolla Toimeksiannon mukaisesti WSP Oy laati tutkimuksesta raportin, johon sisältyi tekstiosan lisäksi Tekla BimSight ohjelmistoon tehty 3D-malli. Monikeilauksen tulokset ja materiaali liitettiin 3D-malliin. WSP:n raportti hyödynnettiin sukellustarkastuksia suunniteltaessa. Keilaustulosten perusteella suunniteltiin mitä kohtia laiturista tutkitaan tarkemmin sukellustarkastuksessa. Tarkastelussa päädyttiin kuvassa 27 on esitettyyn kohtaan, jossa näkyy laiturin EU2 jakso 8. Kuvaan on merkitty keilaustulosten perusteella todetut kohdat, joihin päätettiin tehdä tarkemmat tarkastelut sukeltajatyönä.

56 56 Kuva 27. Keilauskuvaa EU 2 laiturista (WSP). Sukellustutkimuksen suunnitelman mukaisesti oli tarkoitus tutkia koko liikuntasaumajakso 8 tekemällä veden alla aistinvaraista havainnointia, videokuvausta, ottamalla poranäytteitä sekä käyttämällä hankkeessa kehitettyjä modifioituja laitteita, joita olivat betonipeitepaksuusmittari ja kimmovasara prototyyppi 0. Kuvassa 28 on EU-laituri Haminassa. Kuva 28. HaminaKotka Satama Oy:n EU-laituri Haminassa (Havuaho 2013).

57 57 Sukellustarkastus tehtiin toukokuussa 2013 kahdessa osassa. Ne aloitettiin tekemällä silmämääräinen tarkastelu ja videokuvaus. Kuvassa 29 on ote videokuvasta veden alta laiturin EU2 jaksosta 8. Kuvaukseen käytettiin hankkeeseen hankittua kameraa GoPro2. Videokuva liitettiin tutkimuskohteesta laadittuun tietomalliin. Silmämääräisissä havainnoissa laiturissa ei havaittu tarkastettavista kohdista mitään poikkeavaa. Havaintojen perusteella jakso 8 oli hyvässä kunnossa ja vaurioita ei näkynyt. Tämä oli ehkä odotettua, sillä laituri on rakennettu 1995 ja sen vedenalaiset perustusrakenteet ovat kuivatyönä valettuja teräsbetonisia tukimuurielementtejä. Kuva 29. Kuvaa EU 2 laiturista veden alla (Sukellus Wihuri 2013). Sukellustutkimuksen toisessa osassa laiturista otettiin poranäytteitä ja tehtiin ainetta rikkomattomia mittauksia hankkeessa valmistetulla kimmovasaralla prototyyppi 0. Poranäytteet otettiin sopivasta kohtaa rakenteista suunnitelluilta korkeustasoilta. Kohdat paikannettiin tarkasti käyttäen Stonexin S7-G käsipaikanninta. Poranäytteiden kohdalta mitattiin modifioidulla kimmovasaralla lujuustuloksia. Samalla modifioidulla peitekerrosmittarilla mitattiin raudoitteiden sijainti ulkopinnasta. Poranäytteisiin ei osunut yhtään betoniterästä, joten vertaustuloksia ei saatu peitekerrosmittarille kohteesta. Taulukossa 5 on esitetty puristuslujuus tulokset, taulukossa 6 kimmovasara tulokset ja taulukossa 7 betonipeitepaksuudet.

58 58 Laboratoriossa määritellyn puristuslujuuden ja ensimmäisellä modifoidulla kimmovasaralla prototyyppi 0 saatuja tuloksia ei voi verrata, koska tälle kimmovasaralle ei tehty kalibrointikäyriä. Kimmovasaran käytettävyyden kanssa todettiin ongelmia. Todettiin, että kimmovasara on saatava tutkittavaa pintaa vastaan kohtisuoraan ja se on tuettava hyvin lyöntihetkellä. Tämän ongelman ratkaisemiseksi päätettiin seuraaviin kimmovasaran kehitysversioihin lisätä kahvat sekä kehikko jolla laite saadaan kohtisuoraan. Taulukko 5. EU2 Laiturin Puristuslujuus tulokset (SFS EN ) Näyte Halkaisija mm Massa g Tiheys kg/m 3 Lujuus MN/m , ,1 2 69, ,3 KA ,2 Taulukko 6. EU2 Laiturin modifoidun kimmovasaratulokset ( tuloksia ei muutettu vertailukelpoisiksi) Kohde Iskumäärät (kpl) Q- arvo Lujuus (N/mm 2 ) Keskihajonta (N/mm2) Jakso 8, näyte ,4 6,6 - Jakso 8, näyte ,8 7,5 3,3 Taulukko 7. EU2 Laiturin Modifoidun betonipeitekerrosmittaus tulokset Kohde Jakso 8, näyte 1 Jakso 8, näyte 2 Mittausten määrä kpl Suurin peitekerros mm Pienin peitekerros mm Keskihajonta mm Keskiarvo mm ,8 42, ,4 41,4 Työpaketin WP4 sukellustutkimuksien toisena pilottikohteena oli Keisarinluodon laituri. Tässäkin kohteessa päätettiin luoda tutkitusta rakenteesta tietomalli, johon tulokset liitetään ja jota tilaaja voi halutessaan pyrkiä hyödyntämään rakenteen ylläpidossa. Laiturille tehtiin 3D-skannaus VRT Finland Oy:n toimesta Skannauksen perusteella Keisarinluodon laiturista tehtiin kolmiulotteinen tietomalli. Mallinnukseen käytettiin Tekla

59 59 BIMsight-ohjelmistoa. Kuvassa 30 on 3D-kuva Keisarinluodon laiturin tietomallista. Kuva 30. Kuvaote Keisarinluodon laiturin 3D-mallista. Monikeilauksen jälkeen sukellustutkimukset keisarinluodonlaiturille suoritettiin Sukellus Wihuri Oy:n ja Tmi Miika Tonttilan toimesta Tutkimukset tehtiin samoissa kohdissa joissa työpaketissa WP2 oli aikaisemmin tehty tutkimuksia. Tarkoituksena oli verrata tuloksia aikaisemmin saatuihin tuloksiin. Keisarinluodon laituri videokuvattiin järjestelmällisesti kasuuni kerrallaan. Näin pyrittiin varmistamaan rakenteiden paikannus. Videokuvaus tehtiin koko laiturin matkalle. Muut tutkimukset rajoittuivat kahteen eri kohtaan eli kasuuniin 2 ja kasuuniin 6. Muita tehtyjä tutkimuksia olivat yhden poranäytteen otto sekä modifioidulla kimmovasaralla prototyyppi 1 (keskeneräinen) ja betonipeitekerrospaksuusmittarilla tehdyt mittaukset. Silmämääräiset havainnot suoritettiin Samalla tehtiin videokuvaus tutkimusalueella. Silmämääräisien havaintojen ja videokuvan perusteella saatiin sama kokonaiskäsitys kuin edellisellä kerralla laiturin kunnosta. Kuvassa 30 on videokuvasta leikattu ote Keisarinluodon laiturista. Videoleikkeet on liitetty kasuunikohtaisesti BIMsight-malliin eli tietomallista voidaan jälkikäteen katsoa videokuvaa jokaisesta kasuunista jos halutaan tarkastella kasuunien rakenteita tai kuntoa. Poranäytteiden otto suoritettiin Porauksessa käytettiin Kymenlaakson ammattikorkeakoulun rakennuslaboratorion hydraulista Husqvarna DM 406 H timanttiporakonetta. Kuvissa 31 ja 32 on esitetty näytteenottoa veden alla. Poranäytteet otettiin kasuunista 2 ja 6 vesirajasta ja 1m vesirajan alapuolelta. Näytteet otettiin edellisten näytteenottokohtien

60 60 läheltä, jotta saataisiin mahdollisimman vertailukelpoiset tulokset. Poranäytteet tutkittiin Kymenlaakson ammattikorkeakoulun rakennuslaboratoriossa. Kuva 31. Videokuvaote Keisarinluodonlaiturin kasuunista 2 (Sukellus Wihuri 2013) Kuva 32 Näytteenottoa veden alla (Sukellus Wihuri 2013)

61 61 Kuva 33. Näytteenottoa veden alla (Havuaho 2013) KyAMK:in rakennuslaboratoriossa poranäytteistä tutkittiin puristuslujuus standardin SFS- EN mukaisesti. Taulukossa 8 on esitetty puristuslujuus tulokset. Vertailussa käytettävä ns. kuutiopuristuslujuus on esitetty sarakkeessa Fck cube 150. Puristuslujuustulokset on testattu poranäytteiden ulko-osasta eli kasuunin veden alla näkyvästä pinta-osasta. Poranäytteiden läheltä otettiin veden alla myös vedenalaisella kimmovasaralla prototyyppi 1 (keskeneräinen) mittaustuloksia ja niitä verrattiin edellä mainittuun kuutiopuristuslujuuden tuloksiin. Kimmovasaralla saadut tulokset ovat taulukossa 9. Taulukko 8. Koekappaleiden puristuslujuus Näyte tunnus f ck cyl (MN/m 2 ) F ck cube 150 (MN/m 2 ) Kasuuni 2 pohja 51,2 56,4 Kasuuni 2 vesiraja 45,5 50,0 Kasuuni 6 pohja 25,0 27,4 Kasuuni 6 vesiraja 18,0 19,8

62 62 Taulukko 9. Modifioidun kimmovasaran mittaustulokset Kohde Iskumäärät (kpl) Q- arvo Lujuus, normaali (N/mm 2 ) Keskihajonta (N/mm2) Lujuus, muunnettu käyrä veden alle (N/mm 2 ) *) Kasuuni 2 Pohja 50 27,1 10,5 7,5 32 Kasuuni 2 vesiraja 50 20,2 7,0 3,0 28,43 Kasuuni 6 Pohja 50 15,4 5,1-26,2 Kasuuni 6 vesiraja 50 18,0 6,0-27,2 *) Käytetty valmiin prototyyppi 1 kalibrointikäyrää. Tutkimuksessa käytetty kimmovasara oli keskeneräinen Laboratoriossa määritetyn puristuslujuuden ja modifoidulla kimmovasaralla saaduissa tuloksissa oli eroavaisuuksia. Erot johtuivat siitä, että kimmovasara oli keskeneräinen ja taulukossa esitetyt vertailuarvot on saatu käyttäen valmiin kimmovasaran prototyyppi 1 kalibrointikäyrää. Lisäksi epävarmuutta mittauksiin tuli laitteen hankalasta käytettävyydestä veden alla. Tutkimuksessa todettiin, että on tärkeä puhdistaa betonipinta mittauskohdassa mahdollisesta kasvustosta ja muista epäpuhtauksista. Kohteesta mitattiin tuloksia myös veden alle modifioidulla betonipeitekerrosmittarilla. Tulokset on koottu oheiseen taulukossa 10. Kuvissa 34 ja 35 on esitetty laitteen oma tulostus betonipeitepaksuuksista. Taulukko 10. Modifoidun betonipeitekerrosmittaus tulokset Kohde Mittausten määrä kpl Suurin peitekerros mm Pienin peitekerros mm Keskihajonta mm Keskiarvo mm Kasuuni ,0 39,6 Kasuuni ,2 36,1

63 63 Kuva 34. Betonipeitepaksuusmittausten tulokset kasuunissa 2.

64 64 Kuva 35. Betonipeitepaksuusmittausten tulokset kasuunissa 2 Keisarinluodonlaiturilta otetuissa poranäytteissä betoniteräksiä löytyi mm etäisyydellä näytteen ulkopinnasta. Ainetta rikkomattomissa mittauksissa betonipeitemittarilla kasuunista 2 mitattu pienin arvo oli 35 mm ja kasuunista 6 pienin arvo oli 32 mm. Peitekerrosmittarin näyttämiä lukemia voidaan pitää hyvin luotettavina, kuten on jo aikaisemmin todettu.