Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus

Transkriptio

1 S4 Tierakenteiden tutkimusohjelma Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 6 w, % Korkeustaso, m VTT:n paikkakoordinaatti, m HELSINKI 22

2 S4 Tierakenteiden tutkimusohjelma Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 6 w, % Korkeustaso, m VTT:n paikkakoordinaatti, m HELSINKI 22

3 ALKUSANAT Tien pohja päällysrakenteet tutkimusohjelman (TPPT) puitteissa on kehitetty painumalaskentamenetelmä, jonka tavoitteena on saada määritettyä jatkuvana viivana tien pituussuuntaisen painuman suuruus eri ajanhetkinä. Tätä menetelmää kutsutaan jatkuvaksi painuman laskennaksi. Jatkuvapainumalaskennassa tien painumalaskelmassa tarvittavat lähtötiedot hankitaan etupäässä sähköisellä vastusluotauksella (maavastusluotaus), jota täydennetään normaaleilla pohjatutkimuksilla. Sähköisellä vastusluotauksella saatu maapohjan ominaisvastustomografia muunnetaan vesipitoisuustomografiaksi, mistä tehtyä pikselimallia käytetään tien painuman laskennassa. Varsinainen painuman laskenta suoritetaan TPPT:ssä kehitetyllä tällaisten lähtötietojen hyödyntämiseen soveltuvalla TSARPIX -laskentaohjelmalla. Tämä selvitys on tehty Tiehallinnon strategisen projektin S4 Tierakenteiden tutkimusohjelma toimeksiannosta. Työ liittyy TPPT projektin tulosten testaukseen. Selvitys on tehty Tieliikelaitoksen Konsultoinnin Etelä-Suomen suunnittelupalveluissa. Raportin on kirjoittanut Jyrki Nikkinen, joka on myös ollut mukana menetelmän testauksen kaikissa vaiheissa. Työtä ovat valvoneet Panu Tolla ja Aarno Valkeisenmäki. Mittaustulosten analysoinnissa ja menetelmään liittyvien ohjelmien käytössä ovat suuresti avustaneet VTT:lla tutkijat Markku Juvankoski ja Jouko Törnqvist sekä TKK:lla tutkija Jonni Takala ja professori Pauli Vepsäläinen. Helsinki, syyskuu 22

4 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 2 SISÄLLYSLUETTELO 1. TAUSTA JA TAVOITE JATKUVAN PAINUMAVIIVAN MÄÄRITYS KOEKOHTEESTA TARVITTAVAT TIEDOT PIKSELIKERROSMALLIN LUOMINEN (RAIPIX, SURFER) JATKUVAN PAINUMAN LÄHTIETOJEN SYÖTTÖLASKENTA (TSARPIX) KOEKOHDE 1, VT 6 KOSKENKYLÄ - KOUVOLA KOEKOHDE 2, VT 7 HAMINA VAALIMAA YHTEENVETO KÄYTTÖKOKEMUKSISTA LASKENTAMENETELMÄN KÄYTTÖMAHDOLLISUUDET KEHITYSIDEOITA KIRJALLISUUTTA...22

5 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 3 1. TAUSTA JA TAVOITE TAUSTA Tien pohja päällysrakenteet tutkimusohjelman (TPPT) puitteissa on kehitetty maanpainumaominaisuuksien tutkimus- ja laskentamenetelmiä tavoitteena menettely, jolla saadaan määritettyä jatkuvana viivana tien pituussuuntaisen painuman suuruus eri ajanhetkinä. TPPT -suunnittelujärjestelmässä painuman laskentamenettely (TSARPIX-ohjelma) perustuu jatkuvan maastomallin muodostamiseen ns. pikselimallina. Pikselimalli, mikä kuvaa maan painumaominaisuuksia, saadaan muodostettua sähköisen vastusluotauksen ja sitä täydentävien pohjatutkimuksien perusteella. Olennainen osa mallia on sen sisältämä vesipitoisuusavaruus, joka lasketaan luotausdatalle tehdystä ominaisvastus-vesipitoisuus muunnoksesta. Pohjatutkimuksiin, parametrien analysointiin, ominaisvastus - vesipitoisuusmuunnokseen ja laskentaan kuuluvia menettelyjä on kokeiltu VTT:n ja TKK:n toimesta muutamassa kohteessa osana tutkimusohjelmaa, mutta koko toimenpiteistä muodostuvaa ketjua ei ole toteutettu tavanomaisessa todellisen tyyppisessä suunnittelukohteessa. Tällä hetkellä jatkuvan painumaprofiilin määrittämiseksi tehtävät osavaiheet joudutaan toteuttamaan vielä eri organisaatioissa, sillä jatkuvan painumaviivan määrittämiseen tähtäävää laskentamenetelmää ei ole vielä otettu käyttöön missään. Näin koko menettelyn soveltuvuus, tarkkuus ja tehokkuus verrattuna perinteiseen tutkimus- ja suunnittelukäytäntöön on selvittämättä. TAVOITE Tämän tutkimuksen tavoitteena oli käytännön suunnittelijan toimesta kokeilla kehitettyä menettelyä tavanomaisessa suunnittelukohteessa ja saada näin arvioitua maastossa tehtävien tutkimusten ja mittausmenetelmien, mittaustulosten käsittelyn sekä painumalaskennan menettelyjen ja työkalujen käyttökelpoisuus ja valmiusaste. 2. JATKUVAN PAINUMAVIIVAN MÄÄRITYS Jatkuva painumaviiva määritetään useassa eri vaiheessa. Laskentaprosessin läpivienti on lyhyesti kuvattu seuraavissa kappaleissa, joiden numerot viittaavat myös kuvan 1 toimintakaavioon. 1. Aluksi on kohteesta hankittava tarvittavat maasto ja maaperätiedot, jotta päästään suunnittelemaan jatkuvapainumalaskelmassa tarvittavien lähtötietojen, etupäässä sähköisen vastusluotauksen (maavastusluotaus) mittaaminen. Vastusluotauksen lisäksi on kohteesta mitattava maanpinnan muodot luotauslinjoilta. 2. Sähköisellä vastusluotauksella saatu maapohjan ominaisvastuskuvaus on muunnettava vesipitoisuusavaruudeksi, jota käytetään tien painuman laskennassa. Samalla tehdään tarvittavat korjaukset sisäänsyöttötiedostoon ja täydennetään painumalaskennan lähtötietoja.

6 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 4 3. Varsinainen painuman laskenta suoritetaan TKK:n Maamekaniikan ja pohjarakennuksen laboratoriossa TPPT:ssä kehitetyllä TSARPIX laskentaohjelmalla. TSARPIX -ohjelma on kehitetty vastusluotauksesta saadun vesipitoisuusavaruuden hyödyntämiseen ja jatkuvan maastomallin kuvaamiseen pikselimallina. Luotausten suunnittelu Maanpinnan maastomalli MITTAUS 1 Maavastusluotaukset Luotaustulosten laadunvalvonta Tien tasaus- ja poikkileikkaustiedot RAIPIX -ohjelma Pohjatutkimusten suunnittelu Ominaisvastusvesipitoisuusmuunnos Pikselikerrosmalli 2 Pohjatutkimusrekisteri Vesipitoisuuspainumaparametrimuunnos TSARPIX -ohjelma 3 Kairaukset Näytteenotto Laboratoriokokeet Vesipitoisuudesta riippumattomat parametrit Muut kerrostiedot Virtausreunaehdot Muut toimenpiteet, laskennat jne Kuva 1. Toimintakaavio lähtötietojen muodostamiseksi pikselikerrosmalliin. (TPPT Menetelmäkuvaus)

7 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 5 3. KOEKOHTEESTA TARVITTAVAT TIEDOT OLEMASSA OLEVA LÄHTÖTIETO Kohteesta aiemmin laadituista suunnitelmista ja niiden oheisaineistosta kootaan pohjatutkimustulokset, sekä mahdolliset painumaseuranta ja vauriokorjaustiedot. Saadun tiedon pohjalta arvioidaan lisätutkimustarve ja laaditaan täydentävä pohjatutkimusohjelma. MITTAUKSET JA POHJATUTKIMUKSET Täydentävät pohjatutkimukset tehdään sellaisessa laajuudessa, että saadaan maavastusluotauksen tulkintaan tarvittavat riittävät referenssitiedot. Lisäksi tutkimuksia on syytä laajentaa uusissa pohjaolosuhteissa niin, että saadaan tarvittavat vertailutiedot maavastusluotauksen mittauksen luotettavuudesta ja tulkitun kokoonpuristumistomografian luotettavuudesta. Kohteesta määritetään mittaamalla tapahtuneen painuman muoto ja suuruus tien pinnasta. Samalla mitataan suppea maastomalli, joka yhdistetään pohjatutkimusten kanssa maastomallitiedostoksi ja tulostetaan geoteknisinä pohjatutkimuspiirustuksina. Rakenteen kokonaispainuman selvittämiseksi mittauksia voidaan täydentää maatutkaluotauksella, millä määritetään päällysteen ja tien päällysrakenteen paksuudet. Em. tietojen ja tienpinnan korkeustietojen perusteella voidaan arvioida rakenteen kokonaispainuma mittaushetkellä. Jos tutkitaan olemassa olevan tiepenkereen painumaa, on maavastusluotaus syytä tehdä niin kaukana sivuojista, että maassa mahdollisesti oleva tiesuola ei aiheuta häiriötä, esimerkiksi noin 1 m etäisyydellä sivuojasta tien molemmin puolin (kuva 2). Mittaukset voidaan tehdä O-mapper, tai niin sanottuna tikkumittauksena. Vastusluotausta on hyvä täydentää CPTR -kairauksilla, millä saadaan myöskin selville maan sähkönjohtavuusominaisuudet. Lisäksi vastusluotauslinjan tarkka sijainti maastossa on mitattava. Kuva 2. Esimerkki vastusluotauslinjan sijoittamisesta olemassa olevan tien varteen sivuojan taakse.

8 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 6 4. PIKSELIKERROSMALLIN LUOMINEN (RAIPIX, SURFER) Sähköisestä vastusluotauksesta saatu mittausdata muunnetaan vesipitoisuusarvoiksi käyttämällä apuna valmiita ohjelmistoja. Ohjelmina voidaan käyttää mitä tahansa tarkoitukseen soveltuvia ohjelmia, mutta tässä projektissa muuntamisessa käytetään VTT:n kehittämää RAIPIX -ohjelmaa ja tulostamisessa ja jatkokäsittelyssä kaupallista SURFER -ohjelmaa. RAIPIX -ohjelmalla yhdistetään ja muutetaan vastusluotauksesta saatu mittausdata jatkuvaksi paalulukua ja syvyyttä vastaavaksi vesipitoisuus- tiedostoksi. Saatua tiedostoa pystytään jatkokäsittelemään SURFER -ohjelmalla, jolla datasta luodaan painumalaskentaan tarvittava pikselimalli sekä tulostetaan ominaisvastus- ja vesipitoisuusavaruuskuvaajat. Seuraavassa on lyhyesti esitetty ohjelmilla suoritettavat päävaiheet. Ohjelmien tarkempi selostus ja käyttöohje löytyy TPPT Menetelmäkuvauksesta nro 9 Sähköinen vastusluotaus tien painumalaskennan lähtötietojen hankkimisessa ( Ohjelmien käyttö edellyttää käyttöohjeen käyttämistä tai ohjelmien todella hyvää tuntemista. RAIPIX RAIPIX -ohjelma on tehty VTT:llä käyttäen Visual Basic 5. ohjelmointiympäristöä ja kaupallista grafiikka-aliohjelmapakettia. Ohjelma toiminee hyvin kaikissa yleisimmissä käyttöjärjestelmissä. RAIPIX -ohjelmaan tarvittava lähtöaineisto on peräisin sähköisen luotauksen tulkintaohjelmistosta. Tulkintaohjelmiston antamaa tiedostoa joudutaan usein editoimaan vaaditunlaiseksi, mistä syntyy jonkin verran lisätyötä. Tulkittu luotaustieto tulisi olla ASCII -tiedostossa muodossa: paalulukema, syvyys ja ominaisvastus (x, z, r). Tiedostoon on tulostettu yksi piste / rivi. Mikäli maastossa on tehty useita perättäisiä ja toisiaan sivuavia luotauslinjoja, on jokaisesta linjasta tehtävä oma tiedosto RAIPIX -ohjelmaan lukua varten. RAIPIX -ohjelman käynnistyttyä nämä luotaustiedostot max. 1 kpl luetaan sisään ohjelmaan. Tämän jälkeen ohjelma yhdistää tiedostot yhdeksi tietueeksi, jolle tehdään topografiakorjaus maanpinnan vaaitustietojen perusteella. Tietue sortataan x- ja z-suunnassa, jolloin ohjelma järjestää tiedot paalu- ja korkeustiedon mukaisesti nousevaan järjestykseen. Suoritettaessa useita perättäisiä vastusmittauksia mittausten keilat menevät maan alla päällekkäin. Keilojen osittaisesta päällekkäisyydestä johtuen yhdistettyyn mittausdataan syntyy kaksoispisteitä, joilla on lähes sama paalulukema ja syvyys. Näitä pisteitä kutsutaan "lähipisteiksi". Lähipisteet yhdistetään keskiarvoistamalla erikseen määritettävien kriteerien mukaisesti. Turhaksi jääneet lähipisteet ja muuten selvästi virheelliset pisteet on poistettava. Lisäksi ohjelmassa voidaan tulkintajoukkoon luoda uusia pisteitä max. 1 kpl antamalla tulkintajoukkoon reunapisteet joiden välille ohjelma interpoloi halutun määrän uusia pisteitä. Tulkintajoukon reuna-alueille (koville/kuiville alueille) syntyneitä tulkinnasta johtuvia mielivaltaisen korkeita ominaisarvoja voidaan yhtenäistää antamalla esimerkiksi ominaisvastukselle maksimiarvo, minkä ylittäville arvoille ohjelma määrittää vakioarvon.

9 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 7 Kun tulkintapistejoukko on valmis, voidaan pisteiden ominaisvastusarvot muuntaa valitun funktion avulla vesipitoisuuksiksi. Muunnos tapahtuu yksinkertaisella funktiolla, jonka parametrit käyttäjä voi antaa. Funktio tulisi määrittää kohteesta mitattujen radiometristen tulosten vesipitoisuuden tai maanäytteistä määritettyjen vesipitoisuuksien mukaan. Funktion muoto on: r = A * w ^B, käänteisfunktion muoto on: w = A^(-1/B) * R^(1/B). Rajoituksena mainittakoon, että muunnos koskee koko tulkinta-aluetta. Kerroskohtainen/syvyysrajoitettu muunnos ei ole vielä mahdollista nykyisessä ohjelmaversiossa. Kuvassa 3 esitetään kuva onnistuneesta muunnosfunktiosta, mitä on käytetty onnistuneesti ominaisvastuksen (kuva 4) muuttamisessa vesipitoisuudeksi (kuva 5). 12 y = Ln(x) Ominaisvastus R, ohmim Leve (above sea eve ), m Kuva 3. Esimerkki datasta, jolle on saatu hyvä vesipitoisuus-ominaisvastus muunnosfunktio Length, m Kuva 4. Topograf akor attu atkuva om na svastus akautuma. 136

10 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 8 Level (above sea level), m Length, m Kuva 5. Topografiakorjattu jatkuva vesipitoisuusjakautuma, joka on saatu muunnosfunktiolla kuvan 4 vastusjakautumasta. SURFER -jatkokäsittelyä varten RAIPIX -ohjelmassa voidaan tehdä "Yläpinnan määritys" ja "Alapinnan määritys" -tiedostot annettujen määrityskriteerien perusteella. Varsinkin alapinnan määrityksessä joudutaan helposti kriteereitä muuttamaan, jotta alapinnan muodoksi saadaan vastaavanlainen kuin perättäisten keilojen alapinnan muoto on. SURFER RAIPIX ohjelmalla saadun datan jatkokäsittely voidaan suorittaa esimerkiksi SURFER (Surface Mapping Systems, Golden Software Inc.) -ohjelmalla, jolla mittaustiedosta valmistellaan paalulukujen ja syvyyksien suhteen tasajakoinen vastus- tai vesipitoisuusavaruus. Jatkokäsittelyssä tavoitteena on joka tapauksessa muuttaa painumalaskentaa varten lähtötiedot esimerkiksi pikselikokoon 1 m 1 m ja piirtää aineisto paperille. Muutkin pikselikoot ovat kuitenkin mahdollisia ja syvyyssuunnassa niiden käyttö saattaa olla perusteltua etenkin ohuilla kerrospaksuuksilla. SURFER ohjelmaan tarvitaan lähtötietona esim. RAIPIX ohjelmalla tehty lähtötiedosto, missä vastusmittausdatat on yhdistetty ja korjattu ja missä data on muodossa pl, syvyys, R/W. Lisäksi tarvitaan vastusluodatun alueen keilojen alapinnan ja maanpinnan rajaustiedosto sekä laskenta-alueen rajaustiedosto. Rajaustiedostojen aineisto saadaan RAIPIX -ohjelmasta, mutta niitä joudutaan editoimaan taulukkolaskentaohjelmalla. SURFER ohjelmassa on tehtävä useita data- ja rajaustiedostojen hakuja kuvien saamiseksi valmiiksi tulostamista varten. Lisäksi on huomattava tehdä oikeat määritykset asetuksiin ja lopuksi on vielä valittava oikea tulostusmittakaava ja väripaletti. Tulostuskuvaan voidaan ottaa mukaan vastuskeilojen tai/ja laskenta-alueen rajat. Datan käsittely painumalaskentaohjelmaa varten tehdään tulostuskuvien teon tapaan. Nyt tiedostoja vaan haetaan ja tallennetaan muutamaan kertaan uudestaan, jotta saadaan oikea pikselikoko ja tiedostomuoto tallennetuksi. Lopulta data vielä editoidaan taulukkolaskentaohjelmalla painumalaskentaohjelman edellyttämään formaattiin.

11 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 9 5. JATKUVAN PAINUMAN LÄHTIETOJEN SYÖTTÖLASKENTA (TSARPIX) Painumalaskentaohjelma TSARPIX on kehitetty TKK:n pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratoriossa. TSARPIX on tehty Visual Basic ohjelmoinnilla ja se toimii ainoastaan Windows 2 tai NT 4 käyttöympäristössä. Ohjelma laskee pohjamaasta muodostetun vesipitoisuus-pikselimallin ja penkereen lähtötietojen avulla jatkuvan painumaprofiilin halutulta paaluväliltä. TSARPIX ohjelma käyttää painuman laskennassa tangenttimoduulimenetelmää, jonka parametrit saadaan muutettua kokoonpuristuvuusindeksistä. Kokoonpuristuvuusindeksi C c ja vedenläpäisevyyskerroin k ovat aikapainumaparametrejä, joilla on hyvä korrelaatio vesipitoisuuden kanssa. Kokoonpuristuvuusindeksin C c ja vedenläpäisevyyden k korrelaatiot vesipitoisuuden kanssa ovat TSARPIX ohjelmassa muotoa: C c = A ( ρs w B ) k = ap ( ρs w - bp ), missä C c = kokoonpuristuvuusindeksi w = vesipitoisuus ρs = maan kiintotiheys A, B = paikka- ja syvyyskohtaisia vakioita k = vedenläpäisevyys [m/s] ap, bp = vakioita [m/s] Lopulliseen tarkkaan aika - painuman laskentaan tarvitaan myös tietoa maakerrosten konsolidaatiotilasta ilmaistuna jännityssuhteena tai esikonsolidaatiojännityksenä (OCR tai σc). Nämä tiedot saadaan lisäpohjatutkimuksilla ja laboratoriokokeilla (ödometrikokeet). Näiden tietojen perusteella yleisiä vuorosuhteita voidaan korjata vakiokertoimien avulla lähemmäksi paikkakohtaisia suhteita. TSARPIX -ohjelmaan on helppo antaa tarvittavat lähtötiedot ja tiedostot, sillä ohjelma kyselee tietoja järjestyksessä. Ohjelmassa voidaan vielä myös tarvittaessa editoida lähtöarvoja. Ennen laskentaa on valittava tarkasteltava paaluväli tai vaikka ainoastaan yksi piste, mistä painumalaskenta suoritetaan. Ohjelma tulostaa halutulta väliltä lasketun painuman pituusprofiilin, missä näkyy paaluluku sekä painuman suuruus useilla eri konsolidaatioajoilla. Parametrien määrittäminen sekä ohjelman teoria ja käyttöohje on esitetty TPPT menetelmäkuvauksessa nro 19 "Tien jatkuvan painumaprofiilin laskenta pikselimallilla" ( 6. KOEKOHDE 1, VT 6 KOSKENKYLÄ - KOUVOLA Jatkuvapainumalaskennan testausta varten valittiin koekohteeksi VT 6 Koskenkylä Rutumi osuudelta lyhyt pehmeikköosuus. Valtatieltä on juuri valmistunut tiesuunnitelma, missä nykyinen kapeahko ja geometrialtaan puutteellinen valtatie muutetaan leveäkaistatieksi. Laskentaan soveltuvaksi osuudeksi arvioitiin pehmeikkö paaluvälillä Tällä osuudella tien uusi linjaus tulee kulkemaan nykyisen tiepenkereen vieressä. Paaluvälillä maan pohjasuhteet vaikuttivat olevan laskentaan parhaiten soveltuvimmat, sillä poikkisuunnassa maaperä on hyvin tasainen ja pituussuunnassa pehmeikön syvyys vaihtelee. Kohteesta oli saatavilla kohtuullisen runsaasti aikaisempia maaperän

12 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 1 tutkimustuloksia mm. paino- ja siipikairauksia, maan indeksiominaisuuksia sekä lisäksi maatutkaluotaus nykyiseltä ajoradalta. Vanhoja kairaustuloksia täydennettiin lisäpohjatutkimuksilla. Kohteesta tehtiin CPTR kairauksia 4 kpl sekä otettiin häiriintymättömiä näytteitä 2 pisteestä. Näytteille tehtiin laboratoriossa ödometrikokeet painumaparametrien saamiseksi. Lisäksi kohteeseen asennettiin yksi pohjavesiputki. Myöhemmin pohjavedenpintaa luettaessa havaittiin veden virtaavan ajoittain ulos putken yläpäästä, joten kohteessa oleva pohjavesi on ainakin osittain paineellista. Kohteen pohjatutkimuskartta nyt tehtyine vastusluotauslinjoineen on esitetty kuvassa 6. Kohteessa suoritetun vastusluotauksen teki Tieliikelaitoksen geopalvelut Tieliikelaitoksen ja VTT:n asiantuntijoiden antamien ohjeiden mukaisesti (kuva 7). Mittausryhmä kartoitti lisäksi maanpinnan korkeudet luotauslinjoilta. Kuva 6. Vt 6 koekohteesta tehty pohjatutkimuskartta, missä näkyvät myös tehdyt vastusluotauslinjat. Vastusluotauksesta saadulle mittausaineistolle tehtävä ominaisvastus vesipitoisuusmuunnos tehtiin VTT:ssa asiaan perehtyneiden tutkijoiden toimesta. Kun mittausdata saatiin, huomattiin että se ei ollut yhteensopiva RAIPIX ohjelman sisäänsyöttötiedostojen vaatimusten kanssa, vaan sitä jouduttiin editoimaan melko paljon. Vastusluotauksesta saadussa mittausaineistossa maan ominaisvastuksen vaihtelu oli hyvin vähäistä eri vesipitoisuuden omaavien maakerrosten välillä. Pääosin maaperän vastusarvot olivat välillä ohm m (kuva 7).

13 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 11 Kuva 7. Vt 6 koekohteen vastusluotauslinjoista 2 4 saadut vastuskeilat. Vastusarvojen hajonta on hyvin pientä. Tehtäessä vertausta referenssinä toimineiden maanäytteiden vesipitoisuuksista ja samoista kohteista mitatuista vastusarvoista saatiin kuvan 8 mukainen tulos. w-r R_labranäytteet R_sov yleinen muoto R_sov haku w,% Kuva 8. Vesipitoisuuden ja vastusmittauksen yleinen riippuvuus (musta käyrä) sekä referenssinäytteistä saatujen vesipitoisuuksien (neliöt) osuminen suoralle. VTT:n tutkijoiden näkemys vastus-vesipitoisuus riippuvuuden yleisestä muodosta on kuvaan piirretty mustalla ja referenssinäytteitä kuvaavat neliöt tumman punaisella. Kuten kuvasta huomataan näytteet osuvat melko huonosti yleiselle riippuvuuskuvaajalle. Vaikka näytteiden vesipitoisuuksissa on suuret eroavai-

14 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 12 suudet, ei vastusmittauksella ole maaperästä samanlaista eroavaisuutta löydetty vaan näytteiden vastusarvot ovat varsin homogeeniset. Kuvassa 9 on esitetty yleisellä vastus-vesipitoisuusmuunnoksella aikaansaatu vesipitoisuusjakauma. Maaperän vesipitoisuudeksi on saatu pääosin %, kun näytteiden vesipitoisuudet olivat %. Tulos on hyvin ristiriitainen. Koska näytteiden vesipitoisuudet osuvat suoralle, joka kulkee ohm m välissä, on tähän hankala sovittaa mitään yhtälöä. Paras löydetty yhtälö (R_sov haku) on kuvaan 8 piirretty sinisellä katkoviivalla, mutta tämäkin kuvaa hyvin huonosti näytteiden vastus-vesipitoisuusriippuvuutta. Kuva 9. Vt 6 koekohteesta ominaisvastus vesipitoisuusmuunnoksella aikaansaatu jatkuva vesipitoisuusjakautuma. Kohteessa tehtyjen CPTR -kairausten sähkönjohtavuudet muutettiin vastusarvoiksi, jolloin kairausten vastusarvoja voitiin verrata vastusmittauksesta saatuihin tuloksiin. CPTR kairauksista saatiin vastusarvoiksi n ohm m (vesipitoisuus yleisellä vuorosuhteella tällöin %), joten tulos oli melko samansuuntainen vastusmittauksen kanssa (kuva 1). Kuten kuvasta näkyy, vastusmittauksella tai CPTR kairauksella ei ole saatu selville saven eri vesipitoisuuskerroksia. Vastusmittaus ei ole erottanut edes saven ja moreenin rajapintaa tässä kohdassa, mutta kairaus on päättynyt rajapinnan läheisyyteen tiiviiseen moreeniin. Vastusmittauksen elektrodiväli oli 1,5 metriä ja mittausten päähuomio keskittyi alla 1 metrin syvyyteen maanpinnasta.

15 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus PL 1515 Maanpinta Kuivakuori Savi, W 7-95 % Savi, W % Pl 1518 korkeustaso Savi, W 75-1 % Moreeni luotaus CPTR R ohm m 1 2 Kokoonpuristuvuusindeksi C C Kuva 1. Vastusluotauksesta ja CPTR kairauksesta saadut vastusarvot paalulla Oikeassa sarakkeessa lisänä paalulta 1518 määritetyt kokoonpuristuvuusindeksi C c :n arvot. Yhteenveto koekohteesta Tässä kohteessa pohjamaasta mitatuista vastusarvoista tehty vesipitoisuusmuunnos ei vastannut pohjamaan referenssinäytteistä mitattuja vesipitoisuuksia. Pohjamaan sähkönjohtavuuteen vaikuttaa muutkin tekijät kuin ainoastaan vesipitoisuus, mm. kyllästymisaste, veden ionipitoisuus, huokoisuus, lämpötila, jne. Tarkasteltavassa kohteessa vastusarvot ovat ehkä hieman tavanomaista suuremmat. Tähän ovat VTT:n tutkijat esittäneet osasyyksi paineellisen pohjaveden vaikutukset. Koska vastus-vesipitoisuusmuunnoksesta saatiin tulokseksi hyvin pienet ja epäluotettavat vesipitoisuusarvot, kohteesta ei tehty TSARPIX painumalaskentaa. Yksinkertaisesti voidaan todeta, että vastusmittaus ei soveltunut kohteeseen. Vastusmittauksen toimimattomuus kohteessa oli yllätys, sillä samalta tielinjalta n. 2 km päässä tehdyissä laajoissa vastusmittauksissa tulokset olivat hyviä. Tosin tässä kohteessa ei tehty tarkempaa vastuksen ja vesipitoisuuden vastaavuustarkastelua.

16 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus KOEKOHDE 2, VT 7 HAMINA VAALIMAA Koska tarkasteltavassa VT 6:n koekohteessa laskenta epäonnistui, haluttiin nopeasti etsiä toinen kohde, missä koko laskenta voitaisiin viedä läpi. Tällainen kohde löytyi VT 7 Hamina Virolahti väliltä. Kohteessa oli tehty vastusluotaukset TPPT:n VT 7 Hamina Virolahti kestoiän arviointi -tutkimuksen yhteydessä, joten uusia mittauksia ei tarvittu. Lisäksi kohteesta oli saatavana radiometrisiä luotaustuloksia, joiden avulla saatiin referenssitietoa pohjamaan vesipitoisuuksista. Kohteessa oli tehty VTT:n toimesta vastusluotauksia neljässä n. 5 m pituisessa painumavauriokohdassa. Näistä sopivimmaksi valittiin kohde 2, mikä sijaitsi tutkimusraportin paaluvälillä Tällä kertaa ei ilmennyt suurempia ongelmia mittausdatan käsittelyssä ja syöttämisessä RAIPIX ohjelmaan. Ainoastaan oikean korkeustason löytämisen kanssa oli hankaluuksia eri koordinaatistojen vuoksi. Tarkasteltavalta osuudelta ei ollut käytettävissä maanäyte- eikä perinteisiä kairaustuloksia, joten vesipitoisuusmuunnoksessa käytettiin apuna pelkästään radiometrisiä luotaustuloksia. Näitä luotauksia oli tehty 1kpl/vastusluotaus eli myöskin 4 kappaletta. Valitulla luotauslinjalla oli tehty radiometrinen luotaus paalulla 27, mikä ulottui ainoastaan 3 metrin syvyyteen maanpinnalta. Tämän vuoksi vastus-vesipitoisuusmuunnoksessa käytettiin hyväksi kaikkia 4:ää radiometristä luotausta. Alla olevassa kuvassa 11 on esitetty näiden 4 luotauksen perusteella haettu vastus-vesipitoisuus -vuorosuhde havaintojen pohjalta. Kuvassa on tummalla esitetty yhdistelmävuorosuhde sekä ohuemmalla kunkin erillisen alueen vuorosuhde. Kohde 1 poikkeaa selvästi muista kohteista. VT 7 Ominaisvastus - vesipitoisuusmuunnos Vesipitoisuus w, % Kohde 1 Kohde 2 Kohde 3 Kohde Ominaisvastus, ohmim Yhdistelmä Kuva 11. Vt 7:llä tehdyistä neljästä eri luotauksesta saadut ominaisvastus - vesipitoisuusmuunnokset, sekä näistä määritetty yhdistelmävuorosuhde vahvemmalla viivalla.

17 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 15 Yhdistelmävuorosuhteessa käytetyn funktion kaava on w = ( /( R.19522)) Vesipitoisuusmuutosta tehtäessä vastusarvot R > 1 on leikattu siten, että vesipitoisuus on tällöin w=2 %. Seuraavissa kuvissa on esitetty kohteesta sähköisellä vastusluotauksella mitattu resistiivisyysjakautuma (kuva 12) sekä tälle tehdyn vesipitoisuusmuunnoksen jälkeen saatu vesipitoisuusjakautuma (kuva 13). VT 7 Kohde 2 Sähköinen tomografia R, ohmimetri Korkeustaso, m VTT:n paikkakoordinaatti, m Kuva 12. Vt 7 tarkasteltavalta osuudelta sähköisellä vastusluotauksella saatu vastusjakautuma. VT 7 Kohde 2 Sähköinen tomografia - vesipitoisuusmuunnos (yhdistelmäfunktio; leikattu R yli 1 ohmimetriä) Tasausviiva Maanpinta tien kohdalla Maanpinta sähköisen mittauklsen linjalla 6 w, % 5 4 Korkeustaso, m VTT:n paikkakoordinaatti, m Kuva 13. Vt 7 tarkasteltavalta osuudelta saatu vesipitoisuusjakautuma, mikä on saatu ominaisvastus - vesipitoisuusmuunnoksella vastusjakautumasta.

18 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 16 Ominaisvastus vesipitoisuusmuutoksesta saadut vesipitoisuusarvot vaihtelevat välissä %, joten selvät pehmeät maakerrokset voidaan tulkinnan avulla määrittää. Tosin referenssitutkimuksien vähyys jättää vesipitoisuuksien oikeellisuuden arvioimisen arvailujen varaan, mutta näillä arvoilla voidaan ainakin edetä TSARPIX -painumalaskentaan. SURFER ohjelmalla tehtiin valmiista vesipitoisuusavaruudesta valmis pikselimalli TSARPIX laskentaa varten. Painumalaskenta TSARPIX -ohjelmalla suoritettiin TKK:ssa yhteistyössä ohjelman kehittäneiden tutkijoiden kanssa. TSARPIX laskenta onnistui aluksi hyvin vaivattomasti ilman ongelmia. Eri tiedostojen sisään luku meni normaalisti ja oh-jelma laski niiden perusteella pituusprofiilin painuman. Aivan loppuvaiheessa tuloksia tarkasteltaessa huomattiin pituusprofiilissa virhettä, minkä selvittämiseen meni hetki aikaa. Lähtötiedostossa oli pientä sekaannusta, minkä TSAR- PIX ohjelma tulkitsi väärin. Tässäkin virheenä oli pientä asiaa koskeva eri osapuolten välinen erilainen ajattelutapa, joten tämäkin vahvistaa tarvetta testata menetelmää. Ongelma pystyttiin tällä kertaa korjaamaan pienellä TSARPIX ohjelmaan tehdyllä korjauksella, minkä jälkeen laskenta saatiin suoritettua uudelleen. Nyt tulokset näyttivätkin hyviltä ja jälkeenpäin tehdyssä tarkastelussa VTT:llä laskelma osoittautui hyvin lähelle mitattua painumaa. 8. YHTEENVETO KÄYTTÖKOKEMUKSISTA Koska tämän tutkimuksen alussa panostettiin vahvasti VT 6:n laskentakohteeseen on käyttökokemuksissa kerrottu lähinnä tähän laskentakohteeseen liittyvistä kokemuksista. Kaikki lähtötietojen keruu, tutkimusten ja vastusmittauksen suunnittelu ja suoritus sekä lähtöaineiston muokkaus tehtiin Vt 6 laskentakohteelle. VTT:llä suoritetut RAIPIX- ja SURFER- toiminnot tehtiin kummankin kohteen aineistolle, mutta lopullinen TSARPIX -laskenta ja tulos saatiin vain VT 7:n laskentakohteesta. LÄHTÖTIEDOT JA LUOTAUS Lähtötietojen keruu ei merkittävästi poikkea tavallisesta painumalaskentakohteen suunnittelusta. Koska tämä oli tutkimushanke, niin laskentakohta valittiin tällä perusteella. Kohteesta oli olemassa riittävästi tietoa pehmeikön syvyydestä ja saven lujuudesta. Kohteeseen tehtiin lisätutkimusohjelma, kuten mihin tahansa tavalliseen suunnittelukohteeseen, vaikka kairausmäärä olikin suurempi kohteen kokoon nähden. Melko työlääksi osoittautui kuitenkin vastusluotauksen suunnittelu. Varsinkin henkilölle, jolla ei ole aikaisempaa kokemusta vastusluotauksesta ja joka lähtee nollatasolta liikkeelle menee asian parissa tovi aikaa. Tarkastelukohteeseen Vt 6:lle tehty maastokäynti kuitenkin oli suureksi avuksi ja antoi suurta apua luotauksen suunnitteluun. Maastokäynnillä mukana olleet kokeneet VTT:n ja Tieliikelaitoksen asiantuntijat antoivat lisäksi merkittävän avun luotauksen suunnittelussa. Tärkeimpiä luotauksen onnistumiseen vaikuttavia asioita ovat linjojen sijoittelu, käytössä oleva elektrodiväli ja levityksen pituus sekä tarvittava limityspituus levitysten välillä. Vastusluotauksen suunnittelun yhteydessä tulisi keskustella myös vastusmittauksen tekijöiden kanssa, esimerkiksi millaisella laitteistolla ja millä rajoituksilla mittaukset voidaan tehdä. Luotauksen suunnittelun yhteydessä piti myös ohjelmoida kohteessa tehtävät maastomittaukset.

19 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 17 Vt 6 kohteessa luotaus tehtiin hyvin kattavasti, sillä 15 m osuudelta tehtiin 5 luotauslinjaa 1 tai 1,5 m elektrodivälein. Tällöin luotausten keilat menivät päällekkäin ja saatiin muodostettua melko ehjä ja jatkuva mittausdata pohjamaasta. Lisäksi tielinjan yhdeltä paalulta tehtiin poikkisuunnassa kaksi luotausta. Kohteessa tehtiin yhteensä 7 luotauslinjaa, joiden tekemiseen meni 2 hengen mittausporukalta 2 työvuoroa. Tällaisessa kohteessa, missä on ohjelmoitava ja huolehdittava kairaajien, vastusmittaajien, paikkatietomittaajien ja geolaboratorion toiminnasta kuluu ohjaukseen aikaa merkittävästi. Lisäksi esiin tulevien pikkuongelmien selvittämiseen ja tulosten käsittelyyn ja tulostamiseen kuluu oma aikansa. LUOTAUSDATA Vastusmittaajat toimittivat luotauksista normaalit tulosteet suunnittelijan käyttöön, mikä tarkoittaa värillisiä resistiivisyyskuvia jokaisesta linjasta. Kuvissa linjat on esitetty oikeassa paalutuksessa ja korkeustasossa, mitkä on saatu paikkatietomittauksista. Ohjelma, jolla vastusmittausdata lasketaan ja jolla kuvat tuotetaan, ottaa lähtötietoina vastaan vastusmittauksesta saadun mittausaineiston sekä erikseen maanpinnan paalutusta ja korkeustietoa vastaavat arvot. Ainakin Tieliikelaitoksen käyttämästä mittausohjelmistosta saatava mittausdata on kunkin linjan osalta omassa paalutuksessa ennen varsinaista laskentaa. Näin ollen RAIPIX -ohjelman edellyttämää tiedostomuotoa ei suoraan saada tuotettua vastusmittausdatasta, vaan jokainen mittaustiedosto on editoitava erikseen vastaamaan oikeaa paalulukemaa. Vastusmittauksesta saadun luotausdatan sopivuus RAIPIX ohjelmaan tulisi selvittää ennen luotauksien tekoa. Asia on lähinnä vastuuttamiskysymys. Mikäli vastusmittaajilta edellytetään tiedostoformaattia, joka suoraan kävisi RAIPIX - ohjelmaan täytyy heille antaa editointiaikaa tarpeeksi tai vaihtoehtoisesti ohjelmia olisi kehitettävä sellaisiksi, että mittausaineisto saadaan suoraan halutussa RAIPIX -muodossa. Toisaalta olisi hyvä, mikäli editoinnin tekisi henkilö, joka myös tekee RAIPIX laskennat. Tällöin hän saisi tuntumaa aineistoon ja editoinnin yhteydessä pystyisi tarkistamaan aineiston oikeellisuuden mm. paalutuksen ja korkeustason suhteen. RAIPIX RAIPIX ohjelman käyttö tapahtui VTT:ssa melko kokeneen käyttäjän avustamana. Siitä huolimatta ohjelman käyttö vaati jatkuvaa käyttöohjeen lukemista, jonka mukaisesti laskenta vietiin läpi. Eri vastusmittauskeilojen yhdistäminen onnistui vaivattomasti ja aineistosta saatiin muodostettua koko alueen kattava yhtenäinen pituusprofiili vastusjakautumasta. Tehtäessä muodostetulle vastusmallille ominaisvastus - vesipitoisuusmuunnos esiintyi ongelmia, mitä on esitetty kappaleessa 6. Ongelmat eivät aiheutuneet RAIPIX ohjelmasta vaan lähinnä muunnoskaavafunktion, mittausaineiston ja vertailuaineiston yhteensopimattomuudesta. Vesipitoisuusmuunnos kuitenkin teoriassa onnistui moitteettomasti ja aineisto saatiin tuotettua haluttuun pikselimuotoon, mitä tarvitaan TSARPIX -laskennoissa. RAIPIX ohjelma toimi kokonaisuudessaan tyydyttävästi. Sen käyttö ei kuitenkaan ole helppoa ja ohjelmasta näkee selvästi, että ohjelman käyttö on ollut vähäistä ja koekäytän luontoista. Käyttäjän on osattava tehdä asiat oikeassa järjestyksessä ja käyttää oikeita tiedostoja kussakin kohdassa. Tämä ei onnistu

20 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 18 ilman jatkuvaa käyttöohjeen lukemista ja noudattamista. Onneksi ohje on tehty huolellisesti kaikki vaiheet tarkasti selostaen. Erityisen tarkkana täytyy olla nimettäessä eri välivaiheiden tiedostoja ja haettaessa niitä uudestaan esille. Nimeämisessä on hyvä ylläpitää jonkinlaista logiikkaa ja hakemistorakennetta, jotta tiedostot myöhemmin helposti löytyvät, sillä yhtä laskentaa kohti tarvitaan hyvin monta eri tiedostoa. Ohjelmassa oli vielä jotain pieniä kauneusvirheitä, mutta niitä varmaan tullaan karsimaan kehitettäessä ohjelmasta käyttäjäystävällisempää. RAIPIX -ohjelmalla ei itse voida tulostaa kuvia vastus- tai vesipitoisuusprofiileista, vaan tähän tarkoitukseen on käytettävä jotakin muuta ohjelmaa. Tulostusohjelmassa tulee olla jotakin älyä, sillä ohjelman on pystyttävä muodostamaan yksinkertaisesta lähtöaineistosta pikselimalli. VTT käyttää tähän tarkoitukseen SURFER -merkkistä ohjelmaa, mikä tuntui sopivan tarkoitukseensa hyvin. SURFER -ohjelmalla saadaan pikselimalleista tehtyä erittäin hyviä kuvia halutunlaisilla asetuksilla. Tosin tästäkään ohjelmasta ei kokematon käyttäjä selviä ilman hyvää käyttöohjetta, sillä ohjelmassa on monia valikoita ja asetuksia, joista on osattava valita oikeat kohdat hyvän lopputuloksen aikaansaamiseksi. TSARPIX TSARPIX ohjelman käyttö tapahtui TKK:lla ohjelman tekijöiden avustuksella. Ohjelma on suomenkielinen ja sen käyttö on melko helppoa. Ohjelman käytössä edetään hyvin loogisesti ja vuoronperään käydään lävitse kaikki valikot, mihin lähtötiedot on annettava. Lisäksi ohjelmassa on sisällä käyttöohje, mistä pääsee hakemaan apua tarvittaessa. Koska TSARPIX ohjelmassa lähinnä luetaan sisään RAIPIX -ohjelmalla valmistettu pikselimalli ja syötetään laskentakohteen lähtöarvoja, ohjelman käyttö oli yksinkertaista ja laskenta tapahtui varsin nopeasti. Vaikeita asetuksia tai tiedostojen muutoksia ei tarvitse enää tehdä. Ohjelmassa voidaan helposti muuttaa laskentavälin suuruutta tai editoida joitakin lähtöarvoja. Ainoa suurempi puute ohjelmassa tällä hetkellä on tulostusominaisuudet. Tulostusgrafiikka on hyvin karkea eikä yksinkertaiseen tulostusasuun voida editoinnilla vaikuttaa. Tähän lienee kuitenkin tulossa parannusta, mikäli ohjelmaa kehitetään laajempaa käyttöä varten. Laskentatuloksen saa TSARPIX ohjelmasta ulos myös tiedostona, jota tämän jälkeen on mahdollista editoida taulukkolaskentaohjelmilla ja muodostaa siellä haluamiaan tulosteita. TULOS Koko jatkuvapainumalaskentaan liittyvä laskentaprosessi saatiin vietyä lävitse Vt 7 kohteesta saadulla aineistolla. TSARPIX ohjelmalla suoritetusta painumalaskennasta saatiin jatkuvapainumalaskennan lopputulos, mikä esitetään kuvassa 14. VTT:ssa on tulosta verrattu kohteesta mitattuun painumaan, mikä näkyy kuvassa tummalla paksulla viivalla. Tien ikä on tällä hetkellä noin 4 vuotta. Kuten kuvasta nähdään, havaittu ja mitattu painuma vastaavat melko hyvin toisiansa. Käyrien muodot ovat pääpirteissään samanlaiset ja selvät painumapaikat on laskennassa löydetty. Kohdat joissa mitattu painuma on ollut pienempi kuin nyt laskettu painuma voivat selittyä tien valmistumisen jälkeen tehdyillä tasauksen nostoilla tai korjauksilla esimerkiksi päällystystöiden yhteydessä. Tulos on yllättävän hyvä, kun ottaa huomioon että vesipitoisuusmuunnoksessa voitiin käyttää ainoastaan muutamaa referenssikairausta, eikä saadun vesipitoisuusjakautuman oikeellisuudesta voida olla kovinkaan varmoja.

21 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 19 Painuma, m Painuma Aika 1 v Aika 3 v Aika 5 v Aika 1 v Aika 15 v Paaluluku Aika 2 v Aika 3 v Kuva 14. Vt 7:n laskentakohteesta mitattu painuma ja TSARPIX -ohjelmalla laskettu tasoitettu painuma eri konsolidaatioajoilla. 9. LASKENTAMENETELMÄN KÄYTTÖMAHDOLLISUUDET Jatkuva painumaprofiili antaa geotekniseen suunnitteluun paremmat tiedot kuin perinteinen pistekohtainen painumalaskenta. Perinteiseen painumalaskentaan verrattuna jatkuvapainumalaskenta tuntuu kuitenkin selvästi vaativammalta ja työläämmältä. Jo pelkästään vastusluotauksen suunnittelu vaatii tarkkaavaisuutta ja melko suurta työpanosta. Pelkän vastusluotauksen lisäksi tarvitaan kohteesta hyvät maastotiedot ja useita vertailukairauksia maaperästä. Laskentatulosten luotettavuuden tarkastelu on myös vaikeampaan perinteiseen menetelmään nähden. Tällä hetkellä menetelmä tuntuu lisäksi hieman sekavalta, sillä eri vaiheita tehdään ja kehitetään eri paikoissa. Tämän laskentaprosessin yhteydessä havaittiin, että kehitettyjen työkalujen valmiusaste ja yhteensopivuus eivät ole vielä rutiinisuunnittelun edellyttämässä valmiudessa ja runsaasti työtä tarvitaan koko prosessin hiomisessa nykyistä selvästi tehokkaammaksi. Erityisesti tulisi kiinnittää huomiota työkalujen yhteensovittamisessa esiin tulleisiin puutteisiin. Koko laskentaprosessin suorittamista yhdellä henkilöllä tai organisaatiolla tulisi jatkaa, jotta saataisiin lisää käyttökokemusta ja virheitä pois. Ainoastaan tällöin tulee eteen asioita, joita parantamalla menetelmää kehitetään yksinkertaisemmaksi ja sujuvammaksi. Kuten tämänkin projektin yhteydessä havaittiin, ominaisvastus vesipitoisuusmuunnos ei kaikissa olosuhteissa toimi moitteettomasti. Vt 6 tarkastelukohteessa vastusluotauksesta muutetut vesipitoisuudet jäivät hyvin pieniksi, vaikka näytteistä on samasta kohtaa mitattu yli 1 %:n vesipitoisuuksia. Syy lienee mahdollisesti pohjamaan ominaisuuksissa, sillä vastusluotaus ei muutenkaan

22 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 2 kohteessa ollut kovin luotettava. Mikäli vastusmittauksella ei eroteta edes pehmeän ja kovan pohjan rajapintaa, on menetelmän käyttö geoteknisessä suunnittelussa kyseenalaista. Toki nyt on huomioitava, että vastusmittaus suunniteltiin etsimään lähellä maanpintaa olevan saven vastusarvoja eikä kovan pohjan kartoitukseen. Pohdittavaksi jää, olisiko vastusluotauksen tulos ollut parempi, mikäli luotaus olisi tehty normaaliin tapaan ulottaen luotaus syvälle kovaan pohjaan asti. Tällöin luotauksen vastusarvoihin saadaan enemmän hajoavuutta ja ehkä myös eri savikerroksille saataisiin suurempia vastuseroja. Ainakin Vt 7 kohteessa luotaustulos vastasi paremmin saven ominaisuuksia, kun luotaus oli ulotettu n. 15 metrin syvyyteen. Jatkuvapainumalaskennan tulokseen eniten vaikuttava tekijä on vastusmittauksen vesipitoisuusmuunnos. Vesipitoisuusmuunnoksen jälkeen muodostettavan pikselimallin olisi vastattava hyvin tarkoin maaperän vesipitoisuusarvoja suuruuden ja kerrosrajojen suhteen. Mikäli tässä ei onnistuta on painumia turha laskea. RAIPIX ohjelmassa voidaan muunnoksessa käyttää apuna yleistä vuorosuhdetta vastus- ja vesipitoisuusarvojen välillä. Tämä kokemuksen mukaan kuitenkaan hyvin harvoin onnistuu, vaan muunnos on tehtävä paikallisten referenssitutkimusten perusteella. Menetelmän käytettävyyteen vaikuttavista asioista yksi tärkeimmistä on sen hinta. Mikäli menetelmän kustannukset nousevat korkeiksi ja tulos on kuitenkin verrattavissa muihin menetelmiin, on menetelmän käyttö kyseenalaista. Jatkuvapainumalaskennan suoritus tuntuu tämän projektin jälkeen melko kalliilta. Hinta on kuitenkin kovasti riippuvainen vastusluotauksen luotauslinjojen pituudesta, mikä puolestaan vaikuttaa merkittävästi luotauksen tarkkuuteen. Luotauslinjoja ehditään työvuoron aikana mittaamaan yleensä noin 3-4 kpl. Vt 6:lla tehdyissä laajoissa vastusluotauksissa pelkän luotauksen ja tulkinnan hinnaksi muodostui n. 14 mk/km, kun elektrodivälinä käytettiin metriä. Luotauksen lisäksi kustannuksia syntyy maastomittauksista sekä maaperätutkimuksista. Lisätutkimusten hinta riippuu vanhojen tutkimusten määrästä. Aiemmin tiesuunnitelman aikaisten vastusmittausten yhteydessä Vt 6:lla todettiin, että tarkistuskairauksia vastusmittausta varten tarvitaan ainakin n. 3 m välein, kun pyritään selvittämään pehmeikköjen paksuudet yleispiirteisesti. Mikäli vastusmittaus on tehty jatkuvapainumatarkastelua varten, tarvitaan tarkistuskairauksia huomattavasti tiheämmin ja lisäksi tarvitaan tietoa saven vesipitoisuuksista koko syvyydeltä. Vesipitoisuuksien tarve on hyvin kohderiippuvainen, mutta sopiva määrä voisi olla vesipitoisuusprofiili/saviallas. Lisäksi on saatava tietoa saven konsolidaatiotilasta lopullista aika-painumalaskentaa varten, mitä varten tarvitaan näytteenottoa ja ödometrikokeita. Lyhyesti voisi todeta, että jatkuvapainumalaskentaan tarvitaan sama määrä painumaparametrejä kuin normaaliin painumalaskentaan. Painumaparametrien määrittämiseksi tarvittavia ödometrikokeita tehdään yleensä pahimmiksi katsotuista painumapaikoista, joiden tuloksia sovelletaan muihin läheltä saatuihin kairaus ja vesipitoisuustietoihin. Näin saadaan laskettua painumia pitemmältä matkalta. Pelkkien vesipitoisuustietojen perusteella tehdyt painumalaskennat ovat melko epämääräisiä lopputuloksen suhteen, joten ödometrikokeiden tulokset ovat välttämättömiä tarkassa laskennassa. Jatkuvapainumalaskennan laskenta perustuu pitkälti vesipitoisuusmenetelmään, mitä korjataan oikeammaksi ödometrikokeiden tulosten avulla. Valitettavasti tässä tutkimuksessa tehtäväksi ajateltu vertailu jatkuva- ja normaalin painumalaskennan välillä Vt 6 laskentakohteessa epäonnistui ja menetelmien vertailua ei pystytty tekemään.

23 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus 21 Koska Vt 7 laskentakohteesta saatiin melko hyvä lopputulos, ylläpitää se käsitystä menetelmän käytettävyydestä. Tosin vesipitoisuuksien vastaavuudesta luotaus-muunnoksen ja maaperän arvojen välillä ei saatu selvitettyä, joten menetelmän luotettavuus tässä kohteessa jäi hieman epämääräiseksi. Jatkuvapainumamenetelmää olisi mielenkiintoista testata vielä uudelleenkin kunnon kohteessa. Testaus voisi tapahtua joltakin väylähankkeelta, jolle tehdään maavastusluotaus. Tällöin luotausdatalle tehtäisiin vesipitoisuusmuunnos ja TSAR- PIX laskenta käytettävissä olevien referenssitutkimusten perusteella, joita kuitenkin normaalihankkeista riittävästi tehdään. 1. KEHITYSIDEOITA Seuraavassa on esitetty lyhyesti esille tulleita kohtia, joita olisi hyvä selvittää menetelmän parantamiseksi.! Vastusluotauksen suunnittelu. Mikä on sopivin elektrodiväli ja luotauksen syvyysulottuma jatkuvapainumalaskentaa ajatellen?. Kuinka paljon keilojen täytyy ulottua päällekkäin?. Vastusluotauksesta saadun datan ulkoasusta täytyy sopia aina mittaajien kanssa erikseen, sillä ulkoasu on ilmeisesti riippuvainen käytetystä mittausohjelmistosta.! Vastus -vesipitoisuusmuunnos. Tämä on koko menetelmän tärkein osa, minkä onnistumisesta laskenta on pitkälti riippuvainen. Hyvän vuorosuhteen löytäminen on vaikeata ja vaatii vielä kehittämistä. Muunnoksessa käytettävien vesipitoisuustietojen oikea määritysmenetelmä (mm. näytteenotto, radiometrinen luotaus) olisi hyvä selvittää.! Ohjelmasta toiseen siirrettävien tiedostojen määrittely. Tässä projektissa havaittiin, että tiedostoja jouduttiin vielä useassa kohtaa, esimerkiksi RAI- PIX ja TSARPIX -ohjelmiin luettaessa, editoimaan ja muokkaamaan niiden väärän muodon vuoksi. Asia korjaantunee menetelmän käytön lisääntyessä.! Ohjelmien käyttäjäystävällisyyden parantaminen. Ohjelmat toimivat tällä hetkellä tyydyttävästi, mutta käyttö vaatii jatkuvaa käyttöohjeen lukua. Myös ohjelmien saatavuus (SURFER) on selvitettävä jatkokäyttöä varten. Eräs menetelmän käyttöön liittyvä pohdintakohta on missä vaiheessa jatkuvapainumalaskentaa käytetään. Yleensä vastusluotaustietoa käytetään hyväksi tarkempien pohjatutkimusten ohjelmoinnissa suunnittelun alkuvaiheessa. Tässä vaiheessa ei kuitenkaan ole välttämättä olemassa vesipitoisuus- ja painumaparametreja, jolloin ominaisvastus-vesipitoisuus muunnoksen ja Tsarpix laskentojen teko on hankalaa. Kun painumaparametrit ovat selvillä, on perinteisten painumalaskentojen teko nopeaa. Tällöin jatkuvapainumalaskentaa voidaan käyttää muilla menetelmillä tehtyjen laskelmien arvioinnissa. Painumien laskenta ainoastaan jatkuvapainumalaskentaa käyttäen on hyvin epävarmaa ja tulosten luotettavuuden arviointi hankalaa.

24 Maavastusluotauksen ja jatkuvan painumalaskennan testaus KIRJALLISUUTTA Hurme, O. Sähköisen vastusluotauksen käyttö pohjatutkimuksissa. Case: Valtatien 6 parantaminen välillä Uudenmaan piirin raja Hevossuo, Elimäki. Tiesuunnitelman pohjatutkimukset v. 2. Geo-Suunnittelu O. Hurme Oy, Helsinki 21. Ruotoistenmäki, A., et al., Vt 7 Hamina - Virolahti (tieosat 36-39), Kestoiän arviointi, vaihe 1, VTT Yhdyskuntatekniikka, Tutkimusraportti 57, Espoo Törnqvist, J., Laaksonen, R., Juvankoski, M., Sähköinen vastusluotaus tien painumalaskennan lähtötietojen hankkimisessa. Tien pohja- ja päällysrakenteet tutkimusohjelma TPPT, Menetelmäkuvaus TPPT 9, VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, Espoo 21. Törnqvist, J., Laaksonen, R., Juvankoski, M., VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, Vepsäläinen, P., Lojander, M., Takala, J., TKK Rakennus- ja ympäristötekniikan osasto, Pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratorio. Tien jatkuvan painumaprofiilin laskenta pikselimallilla. Tien pohja- ja päällysrakenteet tutkimusohjelma TPPT, Menetelmäkuvaus TPPT 19, Espoo 21. Törnqvist, J., Juvankoski, M., Tierakenteiden tutkimusohjelma. TPPT yhteenvetoraportti. Luku 3: Tien painumaprofiilin laskenta. VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, Espoo 22.