TEKNILLINEN KORKEAKOULU Tekijä: Anne Leivo DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ Työn nimi: Pienilläsementtimäärillä stabiloidun saven vedenläpäisevyys ja työstettä

Transkriptio

1 TEKNILLINEN KORKEAKOULU Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta Anne Leivo Pienillä sementtimäärillä stabiloidun saven vedenläpäisevyys ja työstettävyys Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenätarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten Espoossa Työn valvoja Professori Olli Ravaska Työn ohjaaja Diplomi-insinööri Juha Forsman

2 TEKNILLINEN KORKEAKOULU Tekijä: Anne Leivo DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ Työn nimi: Pienilläsementtimäärillä stabiloidun saven vedenläpäisevyys ja työstettävyys Päivämäärä: Sivuja: Osasto: Yhdyskunta- ja Professuuri: Rak-50 ympäristötekniikan laitos Työn valvoja: Prof. Olli Ravaska Työn ohjaaja: DI Juha Forsman Diplomityö on osa Suomen Akatemian rahoittamaa, vuonna 2006 aloitettua projektia Use of soft clay in protection barriers, jonka tarkoituksena on selvittää saven hyötykäyttömahdollisuuksia tiivistysrakenteissa. Diplomityössä tarkastellaan erityisesti pienten, alle 50 kg/m 3, sementtimäärien vaikutusta saven puristuslujuuteen, vedenläpäisevyyteen sekä plastisuusrajaan. Tällaisten sideainemäärien vaikutuksia on tutkittu vähän. Kokemuksesta kuitenkin tiedetään, että jo pienillä sideainemäärillä stabiloituna saven työstettävyys paranee ja se voi täyttää kaatopaikan mineraalisen tiivisteen ohjeellisen leikkauslujuusvaatimuksen. Työssä käsitellään lyhyesti savi ylijäämämaana, saven soveltuvuus tiivistysrakenteisiin, stabilointimenetelmät sekä esitellään kohteita, joissa savea on hyödynnetty tiivistysrakennemateriaalina. Laboratoriotutkimuksista esitellään käytetyt tutkimusmenetelmät, näytteet, niiden käsittely sekä koekappaleiden valmistus. Tapaustutkimuksena on Lohjalla sijaitseva Lempolan pilaantuneiden maiden loppusijoitusalue, jonka pohjan tiivistyskerroksen rakentaminen käynnistettiin kesällä Stabiloituvuuskokeet tehtiin Lempolan tiivistysrakenteessa käytetyille saville. Laboratoriossa stabiloitujen näytteiden tuloksia verrataan työmaalla stabiloitujen näytteiden koetuloksiin. Laboratoriossa stabiloidut näytteet täyttivät mineraalisen tiivisteen leikkaus- /puristuslujuusvaatimuksen, kun niiden stabilointiin käytetty sementtimäärä oli vähintään 35 kg/m 3. Stabiloinnin vaikutus laboratorionäytteiden vedenläpäisevyyteen oli hyvin pieni. Konsistenssin perusteella parhaiten tiivistettäviä olivat sementtimäärällä yli 40 kg/m 3 stabiloidut näytteet. Työmaalla stabiloidut näytteet poikkesivat merkittävästi laboratoriossa stabiloiduista näytteistä ja osoittivat, että stabiloidun saven homogeenisuus ja rakenteen tiivistyminen vaikuttavat enemmän tiivistysrakenteen vedenläpäisevyyteen kuin raaka-aineena käytetyn saven vedenläpäisevyyskerroin. Avainsanat: Stabilointi, massastabilointi, savi, sementti, tiivistysrakenne, vedenläpäisevyys, plastisuusraja, puristuslujuus

3 HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Author: Anne Leivo ABSTRACT OF THE MASTER'S THESIS Name of the thesis: Permeability andworkability ofclay stabilised with small amounts of cement Date: March 16, 2009 Number of pages: Department: Faculty of Engineering and Professorship: Rak-50 Architecture Supervisor: Prof. Olli Ravaska Instructor: M.Sc. (Eng.) Juha Forsman The master's thesis is a part of a project called Use of soft clay in protection barriers financed by the Academy of Finland and started in The study concentrates particularly on the effect of small amounts of cement on the unconfined compressive strength, permeability and plastic limit of clay. Small amounts are considered to be approximately less than 50 kg/m3. Research on the use of low levels of binder is rare. However there is existing emipirical knowledge that when a clay is stabilised with small amounts of cement workability is enhanced remarkably and the clay can be improved to meet the recommended shearing strength requirement for the bottom mineral barrier of a landfill. Clay as a surplus soil, clay as a barrier material, stabilisation methods and a few cases where clay has been used in barrier structures are shortly discussed. The chapter on the laboratory research introduces the studied samples and how they were handled, the specimen preparation and testing methods. Our case study is Lempola, a landfill for contaminated soil located near Lohja. construction of landfill's bottom mineral barrier began in summer Stabilisation tests were run on the clay used in the barrier. Test results of samples stabilized in the laboratory are compared with the results of samples stabilized in the field. The samples stabilised in the laboratory meet the shearing/unconfined compression strength requirement when the quantity of cement used for stabilisation is at least 35 kg/m3. The permeabilities of the studied clays were not affected significantly. The best compactness was achieved with cement contents above 40 kg/m 3 if considered from the point of view of consistency. The difference between the field samples and the laboratory mixed samples is considerable. The field samples' test results show that homogeneity and the degree of compaction have a greater impact on stabilised clay's permeability than the permeability of the original clay. Keywords: Stabilisation, mass stabilisation, clay, cement, compacted clay liner, permeability, plastic limit, unconfined compressive strength The

4 Alkusanat Tämä diplomityöontehty Teknillisen korkeakoulun Pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratoriossa. Haluan kiittää työni valvojaa professori Olli Ravaskaa diplomityön aiheesta sekä ohjaajaani diplomi-insinööri Juha Forsmania asiantuntevista kommenteista. Kiitos laboratorioinsinööri Matti Lojanderille, kesäharjoittelija Koen van Doorslaerille ja koko Pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratorion henkilökunnalle avusta diplomityön eri vaiheissa. Erityisen suuri kiitos kuuluu Niamh Collinsille. Ilman hänen auttavia käsiään suuri osa laboratoriokokeistani olisi varmasti jäänyt tekemättä. Kiitokset MVR-kerholle vapaa-ajanongelmieni ratkomisesta ja elämääni toisinaan piristystäkin tuoneesta vaihtelusta. Lopuksi haluan kiittää vielä perhettäni, ystäviäni ja heistä minulle rakkainta, elämänkumppaniani Ismoa, kaikesta saamastani tuesta ja kannustuksesta. Espoossa Anne Leivo

5 Sisältö Merkinnät 4 1 Johdanto 7 2 Saven ominaisuudet ja sen soveltuvuus tiivistysrakenteisiin Saven soveltuvuus tiivistysrakenteisiin Savi ylijäämämaana Saven käyttö tiivistysrakenteissa Stabilointi Stabilointimenetelmät Lempola Pilaantuneiden maiden loppusijoitusalue Ympäristölupa ja suunniteltu rakenne Toteutunut rakenne Laboratoriokokeet Näytteet Luokituskokeet Maalaji Kiintotiheys Kartiokokeet Konsistenssirajat Yhteenveto luokituskokeista

6 4.3 Tutkittavat sekoitussuhteet Näytteet Sekoitussuhteet Koekappaleiden valmistus laboratoriossa stabiloidusta savesta Koekappaleiden valmistus kentällä stabiloidusta savesta Koekappaleiden vertailu Yksiaksiaaliset puristuskokeet Puristuskoe Puristuskokeen soveltuvuus leikkauslujuuden arviointiin Vedenläpäisevyys Tutkimusmenetelmät Ödometrikoe Joustavaseinäinen vedenläpäisevyyslaitteisto Vedenläpäisevyyskokeiden soveltuvuus stabiloiduille näytteille Konsistenssi Tulokset Puristuslujuus Ajan ja sekoitussuhteen vaikutus puristuslujuuteen Näytekoon vaikutus puristuslujuuteen Kenttänäytteiden puristuslujuudet Muodonmuutosmoduuli E Yhteenveto puristuskoetuloksista Vedenläpäisevyys Ödometrikokeet Joustavaseinäinen vedenläpäisevyyslaitteisto Sementtimäärän vaikutus saven vedenläpäisevyyteen Stabiloitujen savien soveltuvuus Lempolan eristysrakenteeseen

7 5.2.5 Ödometrilaitteistolla määritettyjen vedenläpäisevyystulosten sovitus Taylorin ja HUT:n vedenläpäisevyysmalleihin Ajan vaikutus stabiloidun näytteen vedenläpäisevyyteen Kenttänäytteiden vedenläpäisevyys Muut ödometrikokeessa määritettävät ominaisuudet Yhteenveto vedenläpäisevyyskokeista Plastisuus Sementtipitoisuus Kieritysraja ja puristuslujuus Johtopäätökset 106 Liitteet 115 3

8 Merkinnät A ala [m 2 ] A w sideaine-/sementtipitoisuus maaaineksen kuivapainosta [%] C w sideaine-/sementtimäärä [kg/m 3 ] E 50 muodonmuutosmoduuli [kpa] F hienousluku [%] F voima [N] I p plastisuusluku [-] K vedenläpäisevyyskerroin [m/s] L korkeus [m] Q virtaama [m 3 /s] R 2 korrelaatiokerroin [-] S r kyllästysaste [%] S t sensitiivisyys [-] T lämpötila [ C] V tilavuus [m 3 ] V s kiintoaineen tilavuus [m 3 ] V w veden tilavuus [m 3 ] W/C vesisementtisuhde [kg/kg] tai [-] a byretin sisäpoikkileikkausala [m 2 ] c tehokas koheesio [kn/m 2 ] d halkaisija [mm] e huokosluku [-] g normaalikiihtyvyys (9,81 m/s 2 ) [m/s 2 ] h korkeus tai veden painekorkeus [mm] tai [m] h 1 veden painekorkeus alussa [mm] h 2 veden painekorkeus alussa [mm] Δh korkeuden muutos tai vesipaine-ero [m] i hydraulinen gradientti [-] tai [m/m] k vedenläpäisevyyskerroin [m/s] 4

9 k 0 luonnontilainen vedenläpäisevyyskerroin [m/s] k 20 C vedenläpäisevyyskerroin lämpötilassa T =20 C [m/s] k T vedenläpäisevyyskerroin mittauslämpötilassa T [m/s] l veden virtausmatka [m] m massa [kg] m w veden massa [kg] m s kiintoaineen massa [kg] p (selli)paine [kpa] s p puristuskokeella määritetty leikkauslujuus [kn/m 2 ] tai [kpa] s r häiritty leikkauslujuus [kn/m 2 ] s u häiriintymätön leikkauslujuus [kn/m 2 ] t aika [s] tai [d] u huokosvedenpaine [kpa] v nopeus tai virtausnopeus [m/s] tai [mm/min] w vesipitoisuus [%] w 0 luonnontilainen vesipitoisuus [%] w L juoksuraja [%] w i vesipitoisuus ennen stabilointia [%] w ka vesipitoisuuksien keskiarvo [%] w luonn luonnontilainen vesipitoisuus [%] w max suurin vesipitoisuus [%] w min pienin vesipitoisuus [%] w p kieritys- eli plastisuusraja [%] w s kutistumisraja [%] q u puristuslujuus [kn/m 2 ] tai [kpa] q u,ka puristuslujuuksien keskiarvo [kn/m 2 ] α kaltevuuskulma [ ] α vedenläpäisevyyden korjauskerroin [-] γ tilavuuspaino [kn/m 3 ] γ w veden tilavuuspaino [kn/m 3 ] ε suhteellinen kokoonpuristuvuus [%] ε 1 aksiaalinen muodonmuutos (puristuskoe) [%] ε 50% puristuslujuutta q u /2 vastaava aksiaalinen muodonmuutos [%] κ ylikonsolidoituneen osan tilavuudenmuutosparametri ödometrikokeessa [-] λ normaalikonsolidoituneen osan tilavuudenmuutosparametri ödometrikokeessa [-] φ tehokas kitkakulma [ ] 5

10 ρ tiheys (märkäirtotiheys) [kg/m 3 ] tai [g/cm 3 ] ρ 0 laskettu tiheys (märkäirtotiheys) luonnontilaiselle näytteelle [kg/m 3 ] ρ d kuivairtotiheys [kg/m 3 ] ρ ka tiheyksien keskiarvo [kg/m 3 ] ρ max suurin tiheys [kg/m 3 ] ρ min pienin tiheys [kg/m 3 ] ρ s kiintotiheys [kg/m 3 ] ρ w veden tiheys [kg/m 3 ] σ normaalijännitys [kn/m 2 ] tai [kpa] σ 1 pystyjännitys [kn/m 2 ] σ 2 vaakajännitys [kn/m 2 ] σ 3 vaakajännitys [kn/m 2 ] σ y myötöjännitys [kn/m 2 ] σ tehokas normaalijännitys eli raepaine [kn/m 2 ] τ leikkausjännitys [kn/m 2 ] τ f leikkauslujuus [kn/m 2 ] 6

11 Luku 1 Johdanto Maan hydrauliset ominaisuudet ovat keskeisellä sijalla pohjarakentamisessa. Vedenläpäisevyyttä on perinteisesti tarvittu rakennettaessa maapatoja ja suunniteltaessa kaivantojen kuivanapitoa (Rantamäki, Jääskeläinen & Tammirinne 2004). Se määrittää pohjaveden virtausta ja vaikuttaa näin myös luiskien stabiliteettiin ja koheesiomaiden konsolidaatioon. Nykyään vedenläpäisevyys on noussut tärkeäksi ominaisuudeksi myös ympäristörakentamisen puolella mm. kaatopaikkojen tiivistysrakenteissa (Nagaraj 1993). Suomalaisilla savilla on tyypillisesti hyvin alhainen vedenläpäisevyys. Hydraulisten ominaisuuksien puolesta ne soveltuvat hyvin tiivistysrakenteisiin, mutta luonnontilaisina, kuivakuorisavia lukuun ottamatta, niiden rakennettavuus on huono. Korkean luonnontilaisen vesipitoisuutensa takia savet ovat hyvin pehmeitä, helposti häiriintyviäja niitäon mahdoton tiivistää. Saven stabilointi sementillä vaikuttaa merkittävästi saven konsistenssiin. Sementti nostaa saven kieritysrajan vesipitoisuutta, mikä tarkoittaa sitä, että stabiloidun saven olomuoto on kiinteämpi kuin saman saven olomuoto stabiloimattomana. Stabilointi parantaa saven rakennettavuutta ja kasvattaa sen käyttömahdollisuuksia maarakennuksessa. Kaatopaikkojen pohjien tiivistysrakenteille asetettu leikkauslujuusvaatimus on 50 kn/m 2 (Leppänen 1998). Se on varsin pieni verrattuna, ehkä pisimpään stabilointia hyödyntäneellä rakennusalalla, väylärakentamisessa tavoiteltuihin lujuuksiin. Myös sementtistabilointia käsittelevä tutkimus on pääosin keskittynyt sideainemäriin 100 kg/m 3. Tässä diplomityössä perehdytään saven puristuslujuuteen, plastisuuteen ja vedenläpäisevyyteen, näiden ominaisuuksien määrittämiseen sekä niiden muuttumiseen pienten sementtimäärälisäysten myötä. Pienillä sementtimäärillä tarkoitetaan sideainepitoisuuksia noin alle 50 kg/m 3. Työssä tarkastellaan myös 7

12 ajan ja näytekoon vaikutusta koetuloksiin sekä verrataan laboratoriossa stabiloitujen näytteiden tuloksia työmaalla stabiloitujen näytteiden tuloksiin. Saatuja tuloksia verrataan kirjallisuudessa esitettyjen samankaltaisten tutkimusten koetuloksiin. Suurin osa laboratoriokokeista tehtiin kesällä ja syksyllä Täydentäviä ja korvaavia lisäkokeita tehtiin samoilla savilla kesällä Diplomityön tapaustutkimuksena on Lempolan pilaantuneiden maiden kaatopaikka, jonka rakennustyöt aloitettiin keväällä Kaatopaikan pohjan mineraalisen tiivistyskerroksen rakentamiseen on käytetty sekä stabiloimatonta ettästabiloitua savea. Työssäesitetyt laboratoriokokeet on tehty pääosin kahdella eri savella, jotka molemmat on haettu Lempolan kaatopaikkatyömaalta. Tämä diplomityö on osa Suomen Akatemian rahoittamaa, vuonna 2006 aloitettua projektia Use of soft clay in protection barriers. Projektin puitteissa on tarkoitus valmistua yksi lisensiaatintyö sekä kolme diplomityötä, joista tämä on toinen. 8

13 Luku 2 Saven ominaisuudet ja sen soveltuvuus tiivistysrakenteisiin 2.1 Saven soveltuvuus tiivistysrakenteisiin Suomessa on vuodesta 1997 asti ollut voimassa Valtioneuvoston päätös kaatopaikoista, jonka liitteessä 1 asetetaan kaatopaikan pohjarakenteen vedenläpäisevyydelle tiukat vaatimukset. Vaatimukset perustuivat silloin luonnosvaiheessa olleeseen EY-direktiiviin. Vuonna 1999 kaatopaikoista annetussa direktiivissä 1999/31/EY vedenläpäisevyysvaatimukset ovat edelleen säilyneet samoina: - vaarallisen jätteen (ongelmajätteen) kaatopaikka: K 1, 0 9 m/s; paksuus 5m, - tavanomaisen jätteen kaatopaikka: K 1, 0 9 m/s; paksuus 1m, - pysyvän jätteen kaatopaikka: K 1, 0 7 m/s; paksuus 1 m. Suomalaisten savien ominaisuuksia ovat mm. alhainen vedenläpäisevyys, plastisuus, pidätyskyky ja pitkäaikaiskestävyys. Lueteltujen ominaisuuksien puolesta savi sopii hyvin kaatopaikan pohjarakenteen mineraalitiivisteeksi. Alhaisen vedenläpäisevyytensä takia kuivakuorisavea on käytetty perinteisesti maapatojen tiivistysrakenteina. (Forsman 1998, Palolahti, Lojander & Ravaska 2003) Proctor-kokeella määritettävä suomalaisen saven tyypillinen optimivesipitoisuus on %. Yleensä näin alhainen vesipitoisuus on vain kuivakuorisavella. (Forsman 1998) Savesta rakentamisen kannalta ongelmaksi muodos- 9

14 tuukin usein saven hyvin korkea vesipitoisuus. On tavallista, ettäsaven vesipitoisuus on 100%, jolloin se on helposti häiriintyvää ja aivan liian pehmeää työstettäväksi. (Palolahti et al. 2003) 2.2 Savi ylijäämämaana Rakentamisessa syntyvät ylijäämämaat ovat olleet pitkään ongelma pääkaupunkiseudulla. Tiheään rakennetulla alueella sijoituspaikkoja ylijäämämassoille on vähän ja sijoituspaikat täyttyvät nopeasti rakentamisen ollessa aktiivista. Helsingin kaupunkisuunnitteluviraston teettämän selvityksen mukaan ylijäämämassoja syntyy pääkaupunkiseudulla vuosittain noin 2, milj. m 3 ja yksin Helsingissä0,6...1 milj. m 3. Arviolta noin 1/3 tästä massamäärästä on savea tai liettyneitä maa-aineksia, joita on vaikea hyödyntää rakentamisessa. (Sito Oy, Helsingin kaupunkisuunnitteluvirasto 2005) Myös Suomen valtio on tunnistanut ylijäämämaiden aiheuttamat ongelmat. Ympäristöministeriön vuonna 2006 käynnistämän UUMA-ohjelman tavoitteena on kehittää teknologioita, joiden avulla maarakennuksessa voidaan käyttää hyväksi ylijäämamaita, teollisuuden sivutuotteita, pilaantuneita maita sekä vanhojen maarakenteiden materiaaleja ja samalla vähentää luonnon kiviaineksen käyttöä. UUMAlla tarkoitetaan infrarakentamisen uutta materiaaliteknologiaa. (Lahtinen et al. 2005, Ympäristöministeriö 2008) Vuonna 2005 tehdyssähankkeen esiselvityksessätyöryhmäesittääerilaisia stabilointiratkaisuja keinoksi lisätä hienorakeisten ylijäämämaiden käyttöämaarakennuksessa (Lahtinen et al. 2005). Helsingin kaupunki on puolestaan selvittänyt stabiloinnin hyödyntämistä ylijäämämaiden käsittelyssä jo vuodesta 1993 (Helsingin kaupunki, Kiinteistövirasto, geotekniikka 2008). Teknillisessä korkeakoulussa (TKK) käynnistettiin vuonna 2006 silloisen Rakennus ja ympäristötekniikan osaston Pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratoriossa Suomen Akatemian rahoittama projekti Use of soft clay in protection barriers ( Clay barriers -projekti). Projektin tarkoituksena on selvittää suomalaisille saville asetettavat sekä toiminnalliset että rakenteelliset edellytykset, joiden perusteella savia voidaan käyttää tiivistysrakenteina esimerkiksi kaatopaikoilla. Tutkittavia savia on useita. Savien ominaisuuksia parannetaan stabiloimalla. Vaikka stabilointiin voidaan käyttää monia eri sideaineita, on tutkimus rajattu Clay barriers -projektin yhteydessä vain yhteen sideaineeseen, sementtiin. (Ravaska 2005) Clay barriers -projektin pyrkimykset ovat yhteisiä UUMA-hankkeen kanssa; lisätä ylijäämämaiden käyttöäja vastaavasti vähentää luonnonkiviainesten käyttöä maarakentamisessa. Projektin puitteissa on tarkoitus valmistua yksi 10

15 lisensiaatintyö (Hassan 2009) sekä kolme diplomityötä(ruohonen 2006, Leivo 2009 ja Orpana). (Ravaska 2005) 2.3 Saven käyttö tiivistysrakenteissa Teknillisen korkeakoulun Pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratorio on ollut 2000-luvulla mukana useissa eri hankkeissa, joissa savea on käytetty tiivistysrakenteena joko sellaisenaan tai stabiloituna. Kilteisen kuivakuorisavea on käytetty mm. Joutsenossa sellutehtaan jätteille tarkoitetun kaatopaikan pohjarakenteeseen. Kyseessäon tavanomaisen jätteen kaatopaikka, jonka pohjarakenteen tiivistyskerros toteutettiin kaksiosaisena: alemman 0,5 metriä paksun savitiivisteen päälle asennettiin vieläbentoniittimatto (0,01 m). Rakenne toteutettiin vuonna (Kääriä 2001) Kivikon entinen ampumarata-alue päätettiin kunnostaa kapseloimalla mm. lyijyllä pilaantuneet maat saven sisään. Tiivistysrakenteisiin tarvittava savi kuljetettiin Helsingin puolella olevalle sijoituspaikalle Espoosta, jossa sitä kaivettiin ylös kauppakeskuksen rakentamisen yhteydessä. Hyvin pehmeä, ylijäämämaaksi luokiteltu savi stabiloitiin sementillä käyttäen sideainemääriä kg/tonni ja tiivistettiin kerroksittain kokonaisuudessaan noin 1,5 metriäpaksuksi tiivistysrakenteeksi (kuva 2.1). (Palolahti et al. 2003) Kivikon lyijypitoisten maa-ainesten loppusijoitusalue rakennettiin vuonna Se toimi pilottihankkeena TKK:n Pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratoriolle stabiloidun saven tutkimisessa ja sen myötä syntyi ajatus laajemmasta tutkimusprojektista stabiloiduilla savilla Clay barriers -projekti sai alkunsa. (Ravaska 2005) Vuosaaren melumäen rakennustyöt aloitettiin koerakenteella vuonna Virkistys- ja meluntorjuntakäyttöön rakennettuun mäkeen on sijoitettu satamaalueen lievästi pilaantuneita maita. Melumäki on luokiteltu pysyvän jätteen kaatopaikaksi ja sen pohjarakenteeseen sekä pystytiivistykseen on käytetty satama-alueelta kaivettuja massa- ja pilaristabiloituja savia. Stabiloinnissa käytetty sideainemäärä oli noin 50 kg/m 3 ja tiivistysrakenteen paksuus sekä kaatopaikan pohjassa että pystyeristyksessä noin 0,4 metriä. (Forsman et al. 2004a, 2004b, 2005, 2006, 2007 ja 2008) Lempolan eritasoliittymän ramppisilmukkaan rakennettiin vuonna 2007 tavanomaisen jätteen kaatopaikka, jonne sijoitettiin stabiloimalla esikäsiteltyjä entisen ampumaradan turvemaita. E18-moottoritien rakentamisen yhteydessä toteutettu hanke on esitelty yksityiskohtaisemmin luvussa 3. 11

16 Kuva 2.1: Kivikon lyijypitoisten maa-ainesten loppusijoitusalueen tiivistysrakenne (Palolahti et al. 2003) 2.4 Stabilointi Stabilointi on pohjanvahvistusmenetelmä, jolla parannetaan maan geoteknisiä ominaisuuksia. Sen käyttötarkoitukset maanrakennuksessa ovat hyvin monipuoliset, sillä stabilointi kasvattaa maan lujuutta, vaikuttaa maan painuma-, muodonmuutos- ja vedenläpäisevyysominaisuuksiin, jäykkyyteen sekä kemiallisiin ominaisuuksiin (Larsson 2005). Stabilointi on keino kasvattaa maan stabiliteettia ja kantavuutta, vähentää esimerkiksi tukiseinään kohdistuvaa maanpainetta, estää saven häiriintyminen ja juoksettuminen sekä vähentää painumia ja niihin kuluvaa aikaa. (EuroSoilStab 2002) Epäorgaanisten aineiden liukeneminen veteen vähenee merkittävästi, kun pilaantunut maa stabiloidaan. Stabiloiduilla seinämillä pystytään myös hidastamaan jo pohjaveteen liuenneiden aineiden kulkeutumista. Lisäksi stabiloinnilla voidaan vaikuttaa tärinän kulkeutumiseen maassa. (EuroSoilStab 2002) Pohjoismaissa stabilointia on käytetty ehkäpisimpään väylähankkeissa savien, liejujen ja turpeiden muodostamien pehmeikköjen vahvistamiseen. Hyvän rakennuspohjan ollessa vähissä on asuntorakentaminenkin siirtynyt savimaille. Pääkaupunkiseudulla stabilointia on käytetty mm. Pikku Huopalahden, Arabianrannan ja Suurpellon alueiden esirakentamisessa. Vuosaaren satamassa stabilointia käytettiin pohjanvahvistuksen ja mainitun Melumäen kaatopaikan tiivistysrakenteiden lisäksi pilaantuneiden ruoppausmassojen käsittelyssä. Sementti ja kalkki ovat eniten stabiloinnissa käytetyt sideaineet (Kitazume 2005). Niiden ja niiden yhdistelmän kalkki-sementin lisäksi monet teollisuuden sivutuotteet/jätteet soveltuvat stabilointiin sellaisenaan, keskenään se- 12

17 koitettuna tai erilaisina seoksina sementin ja kalkin kanssa. Tällaisia sivutuotteita/jätteitä ovat erilaiset lentotuhkat, rikinpoistotuotteet, masuunikuona ja kipsi. Myös bentoniittisavella, akryylihartsilla ja bitumilla on stabiloivia ominaisuuksia. (Al-Tabbaa 2005, Ruohonen 2006) 2.5 Stabilointimenetelmät Stabilointimenetelmiäon kehitetty eri tarkoituksiin 1970-luvulta saakka. Käyttötarkoitusten ja stabilointiin soveltuvien laitteiden kirjo on suuri, joten menetelmien yksiselitteinen luokittelu on hyvin hankalaa. (Larsson 2005) Lisäksi osa menetelmistäsoveltuu useanlaiseen stabilointiin. Käytettävän sideaineen olomuodon mukaan stabilointi voidaan jakaa kuivaja märkämenetelmään. Kuivamenetelmässä maahan sekoitettava sideaine on kuivaa jauhetta, kun märkämenetelmässä sideaine on vesipohjaista lietettä. Stabilointikoneen toimintatavan perusteella stabilointi jakautuu pilari- ja massastabilointiin. Pilaristabilointikoneilla tehdään stabiloitavaan maahan sideaineen kovettamia pyöreitätai suorakaiteen muotoisia pilareita. Pyöreiden pilareiden halkaisija vaihtelee tavallisesti 0,5... 0,8 metriin. Japanissa on käytössä laitteita, joilla stabiloidaan halkaisijaltaan on 1,2... 1,3-metrisiä pilareita (Larsson 2005). Useimmiten pilaristabilointi on in situ -stabilointia ja rakenne jää sellaisenaan vahvistamaan maaperää. Stabiloidut pilarit voivat olla erilaisissa muodostelmissä erillään tai limittäin, pystysuorassa tai vinosti. Tyypillinen enimmäispituus stabiloidulle pilarille on noin 25 metriä. (EuroSoilStab 2002) Kuvissa 2.2 ja 2.3 on esimerkkejä pilaristabiloinnista. Massastabiloinnissa sideaine pyritään sekoittamaan mahdollisimman tasaisesti koko käsiteltävään massamäärään. Massastabilointi voidaan toteuttaa suoraan käsiteltävään maaperään (in situ), kuten pilaristabilointi, tai käsiteltävä massa voidaan kaivaa maaperästä ja stabiloida aumassa, kasassa tai altaassa (kuva 2.4). Stabiloitavan maan sijainnin mukaan stabilointi voidaan jakaa myös syvä-, pinta- ja maan päällä tapahtuvaan stabilointiin. Syvästabilointistandardissa CEN/TC 288 syvästabiloinnin vähimmäissyvyydeksi määritellään 3 metriä. Pilaristabilointi on tyypillistä syvästabilointia. (Larsson 2005) Maan päällä tapahtuva stabilointi viittaa usein massastabilointiin: asemastabilointilaitteistoihin, seulamurskaimiin sekä kaivinkoneella tapahtuvaan massastabilointiin (kuvat 2.5 ja 2.6). Nykyisin kaivinkoneeseen asennettavilla sekoitusterillävoidaan massastabiloida maakerroksia noin 5 metrin syvyyteen. Käyttötavasta riippuen massastabilointi voidaan lukea siis myös syvästabiloinniksi. Stabiloidun massan huolelli- 13

18 nen sekoitus sideaineen lisäämisen jälkeen on hyvin tärkeää stabiloinnin onnistumisen kannalta. (EuroSoilStab 2002) Kuvassa 2.5 on esitetty kaksi erilaista kaivinkoneeseen liitettävää sekoitusterää. Suomen kielellä pintastabiloinnilla tarkoitetaan lähinnä pintamaan tai vanhojen rakennekerrosten lujittamista sideaineella uusiksi kenttien ja teiden rakennekerroksiksi. Sideaine levitetään ensin stabiloitavan maan päälle, minkä jälkeen maa jauhetaan ja sekoitetaan tasaiseksi kerrokseksi. Stabilointiin käytettävät laitteet ovat usein traktoriin kiinnitettäviä (kuva 2.6). Pintastabiloitavan kerroksen paksuus on tavallisesti noin 0,3...0,4, mutta markkinoilla on laitteita, jotka käsittelevät jopa 0,6 metrin kerroksia (Ruohonen 2006). Englanninkielistätermiä shallow soil mixing (vapaasti suomennettuna pintasekoitus/matalalle ulottuvasekoitus) ei pidäsekoittaa pintastabilointiin. Amerikkalaisen yhtiön Geo-Con shallow soil mixing -menelmä on eräänlaista massastabilointia, jossa suuret toisiinsa limittyvät stabiloidut pilarit muodostavat yhtenäisen, stabiloidun maamassan. Geo-Con pystyy stabiloimaan halkaisijaltaan metrin sekoitusterillä enimmillään noin 12 metrin pituisia pilareita. (Geo-Con s.a.) Termiä stabilointi käytetään myös muissa yhteyksissä. Finnsementti kertoo internet-sivuillaan kerrosstabiloinnista, joka kattaa sideainein lujitettujen, lähinnä teiden rakennekerroksiin tarkoitettujen massojen tuotannon. Suihkuinjektointi luokitellaan yhdeksi pilaristabilointimenetelmistä. Pehmeiden savien, joiden vesipitoisuus on korkea, stabilointiin soveltuu hyvin kuivamenetelmä. Mikäli rakennuspohjana oleva savikko on syväja se halutaan Kuva 2.2: Pilaristabilointi kuivamenetelmällä. Vasemmalla menetelmän periaate (Keller Ground Engineering s.a.) ja oikealla esiin kaivettujen stabiloitujen pilarien ryhmä (Purdue University s.a.). Alaspäin työnnettäessä maa sekoitetaan ja häiritään sekoitinterän pyörivällä liikkeellä. Sideaine sekoitetaan stabiloitavaan maahan vasta, kun sekoitinterää nostetaan ylöspäin. 14

19 vahvistaa pohjaan saakka, käytetään pilaristabilointia. Kaivinkoneeseen liitettävällä sekoitusterällä voidaan massastabiloida matalia savikerrostumia sekä pois kaivettuja, esimerkiksi tiivistysrakenteisiin sijoitettavia savia. Kuva 2.3: Pilaristabilointimenetelmiä.Vasemmanpuoleisella laitteella stabiloidaan suorakaiteen muotoisia pilareita (Pilequip Australia Pty Ltd s.a.). Oikealla suomalainen pilaristabilointikone (Pätsi 2008). Kuva 2.4: Massastabiloinnin periaate. Kaivinkone stabiloi maata painopenkereen päältä. Kun stabiloitu maa on kovettunut riittävästi, voidaan pengertä jatkaa sen päälle. Painopenkereen ja stabiloidun maan välissä on geotekstiili. (Jelisic 1999) 15

20 Kuva 2.5: Kaksi erilaista massastabilointiterää (Allu Finland Oy s.a., EuroSoilStab 2002) Kuva 2.6:Vasemmalla pintastabilointia traktoriin liitettävällä pintastablointilaitteella (Stehr - Baumaschinen GmbH s.a.) ja oikealla kaivinkoneeseen kiinnitettäväseulamurskain (Lesanco Aps s.a.). 16

21 Luku 3 Lempola 3.1 Pilaantuneiden maiden loppusijoitusalue Helsingin ja Turun yhdistävästä moottoritiestä käynnistettiin viimeisen puuttuvan osuuden rakentaminen välille Lohja Muurla vuonna Tämä osuus EurooppatiestäE18 avattiin kokonaisuudessaan liikenteelle (Tiehallinto 2009) Aivan hankkeen itärajalla Lohjalla on ollut Lempoonsuon ampurata, jossa on harrastettu ammuntaa vuodesta 1964 lähtien. Maaperä alueella on lähinnä turvetta. Uudenmaan ympäristökeskuksen myöntämässä ympäristöluvassa No YS 1/ ampumaradan alueella on todettu olevan SAMASE-rajaarvojen mukaan luokiteltuna sekä lievästi että voimakkaasti pilaantunutta maa-ainesta. Lievästi pilaantuneiden maiden haitta-aineita ovat lyijy, antimoni, arseeni, kupari sekä sinkki. Voimakkaasti pilaantuneen maan raja-arvot ylittyvät lyijyn, antimonin sekä arseenin kohdalla. Tiehallinto/Uudenmaan tiepiiri kunnosti tiealueen osalta ampumaradan pilaantuneet maat sijoittamalla ne esikäsiteltyinälempoonsuon kohdalle rakennettuun Lempolan eritasoliittymän ramppisilmukkaan (kuva 3.1). Loppusijoitusalueelle läjitettiin SAMASE-ohjearvoilla luokiteltuna lievästi pilaantunutta maa-ainesta noin m 3 ja voimakkaasti pilaantunutta maa-ainesta noin 8000 m 3 (Uudenmaan ympäristökeskus 2004). Liitteessä 1 on esitetty karttapiirustus Lempolan eritasoliittymästä sekä pilaantuneiden maiden ja loppusijoitusalueen sijainneista. 17

22 3.2 Ympäristölupa ja suunniteltu rakenne Osa Lempolan ramppisilmukkaan läjitettävästä turpeesta sisältää terveydelle ja ympäristölle haitallisia määriä mm. lyijyä, jolloin se jäteluokituksen perusteella määrittyy ongelmajätteeksi. Vuonna 2004 annetussa ympäristöluvassa loppusijoitusalue luokitellaan sinne sijoitettavan jätteen mukaisesti ongelmajätteen kaatopaikaksi, jonka pohjan tiivistyskerroksen vedenläpäisevyyden tulee vastata kerrosta, jonka vedenläpäisevyyskerroin k =10 9 m/s ja paksuus 5, 0 m. Lisäksi rakenteen tulee olla vähintään 1000 mm paksu, eikä sen vedenläpäisevyys saa olla missään kohdassa rakennetta k>10 9 m/s. Tiehallinto/Uudenmaan tiepiiri olivat yrittäneet saada lievennystätiivistyskerroksen vedenläpäisevyysvaatimukseen, mutta Uudenmaan ympäristökeskus katsoi, ettei vaatimuksista voi tinkiäkohteen sijainnin takia. Lempolan ramppisilmukan kaatopaikka on lähellä Lohjanharjun I luokan pohjavesialuetta. (Uudenmaan ympäristökeskus 2004) Sittemmin vuonna 2006 valtioneuvoston asetusmuutoksen 202/2006 myötä kävi ilmi, ettei ampumaradan jäteturve kelvannutkaan sille varatulle ongelmajätteen kaatopaikalle, koska se sisälsi liikaa orgaanista ainesta. Tiehallin- Kuva 3.1: Ilmakuva rakenteilla olevasta Lempolan eritasoliittymästä. ( c TyöyhteenliittymäE18, kuvaaja Skyfoto) 18

23 to/uudenmaan tiepiiri hakivat uutta ympäristölupaa, johon sekä Lempoonsuon kaatopaikan että sinne sijoitettavan jätteen luokitus muutettaisiin. Ongelmajätteeksi luokiteltava turve oli päätetty stabiloida haitta-aineiden liukoisuuden pienentämiseksi. Stabiloitujen näytteiden liukoisuustutkimukset teetettiin Golder Associates -yhtiöllä (Elinkaarikonsultit/Sito Oy, Ramboll Finland Oy, Pöyry Oy 2007). Uudenmaan ympäristökeskus määritteli ympäristölupapäätöksessään No YS 1157 loppusijoitusalueen tavanomaisen jätteen kaatopaikaksi, jonne saa sijoittaa tavanomaista jätettä. Stabiloinnilla esikäsitellyn ongelmajäteturpeen katsottiin täyttävän tavanomaiselle jätteelle asetetut kriteerit. (Uudenmaan ympäristökeskus 2007) Vaikka kaatopaikan luokitus muuttui ongelmajätteen kaatopaikasta tavanomaisen jätteen kaatopaikaksi, pysyivä tkaatopaikan rakenteille asetetut vaatimuksen aiemmin annetun ympäristöluvan mukaisina (Uudenmaan ympäristökeskus 2007). Elinkaarikonsulttien vuonna 2007 laatimassa työselityksessäympäristolupavaatimukset toistetaan, mutta erillistäohjetta siitä, kuinka paksu pohjan mineraalisesta tiivistyskerroksesta tehdään, ei anneta. Mikäli rakenteen paksuuden suhteen pitäydytään vähimmäisvaatimuksessa 1000 mm, saadaan tiivistyskerroksen materiaalilta vaadittavaksi vedenläpäsevyyskertoimeksi m/s Ympäristöoppaan 36 Kaatopaikan tiivistysrakenteet laskuohjeita noudattaen (Leppänen 1998). Työselityksessä ei myöskään anneta tiivistyskerrokselle kantavuusvaatimusta. Materiaalin toimivuus, työmenetelmät, käytettävä kalusto, jyräyskerrat sekä kerrallaan tiivistettävän kerroksen paksuus tulee määrittää koetiivistyskentän perusteella. (Elinkaarikonsultit/Sito Oy, Ramboll Finland Oy, Pöyry Oy 2007) Tiivistysrakenteen materiaalina suunniteltiin käytettävän sementtistabiloitua savea. Tutkimuksia sopivan saven ja sideainemäärän löytämiseksi tehtiin Teknillisen korkeakoulun Pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratoriossa osana Elise Ruohosen diplomityötä jo vuonna Ruohonen testasi kolmelta eri alueelta otettuja savinäytteitä. Näytteiden vesi- ja savipitoisuudet vaihtelivat merkittävästi. Tehtyjen kartio-, yksiaksiaalisten puristus- sekä vedenläpäisevyysödometrikokeiden tulosten perusteella muutama näytteistä täytti tiivistysrakenteelle asetettavat vaatimukset sellaisenaan. Osa huonon lujuuden omaavista näytteistä stabiloitiin yleissementillä sideainepitoisuuksilla A w = 3 % ja/tai A w = 5 % (Ruohonen 2006). Päätelmänä Ruohosen tuloksista voidaan esittää, että savikohtaisesti sopivaa sideainemäärää käyttäen savesta saadaan tiivistysrakenteelle asetettavat vaatimukset täyttävä ainakin niissä tapauksissa, joissa saven vedenläpäisevyysominaisuudet ovat riittävät ilman sementtilisäystä. 19

24 3.3 Toteutunut rakenne Lempolan pilaantuneiden maiden loppusijoitusalueen pohjaeristys rakennettiin vuoden 2007 aikana. Tiedot rakenteen toteutumisesta perustuvat kolmeen näytteenottokertaan, jotka tehtiin Lempolan työmaalle , ja , sekä ulkopuoliselta laadunvalvojalta ja rakennuttajalta sähköpostitse ja puhelimitse saatuihin tietoihin. Työmaakäyntien yhteydessä rakentamiseen liittyviäyksityiskohtia kysyttiin myös työmaalla kulloinkin työskennelleiltätyömiehiltäja urakoitsijan edustajilta. Ympäristöluvan alaisten hankkeiden laadunvalvontaan liittyvät asiakirjat ovat julkisia, viimeistään hankkeen päätyttyä. Lempolan laadunvalvonta-asiakirjoja pyydettiin useita kertoja hankkeen eri vaiheissa ulkopuolisilta laadunvalvojilta (Sito Oy ja VTT), ympäristöviranomaiselta (Uudenmaan ympäristökeskus) ja rakentamisesta vastanneelta TyöyhteenliittymäE18:lta, ja vaikka lupa asiakirjojen luovuttamiseen oli Työyhteenliittymältä saatu, ei asiakirjoja kyetty toimittamaan tämän työn lähdeaineistoksi. Mineraaliseen tiivistyskerrokseen käytettiin Lempoonsuon alta kaivettuja savia. Ainakin osa savesta oli hyvin pehmeää ja sellaisenaan lujuudeltaan täysin riittämätöntä tiivistyskerroksen rakenteeksi. Saven vesipitoisuus oli niin korkea, että se valui tiivisterakenteen reunan loivaa luiskaa pitkin. Työkoneet olisivat uponneet maamassaan, joten sen tiivistäminen oli mahdotonta. Pohjarakenteesta vastannut urakoitsija oli kokematon kaatopaikkarakenteiden rakentajana. Ulkopuolisen laadunvalvojan suosituksista huolimatta urakoitsija piti parempana ratkaisuna saven kuivattamista kuin sen stabilointia sementillä. Kuivattamisen tarkoituksena oli saven työstettävyyden parantaminen. Kuivuessaan savi tiivistyy ja lujittuu, kun sen vesipitoisuus lähestyy kiinteän konsistenssin vesipitoisuutta. Vetelää savea levitettiin loppusijoitusalueen pohjalle. Sen annettiin kuivua, minkäjälkeen massa sekoitettiin, levitettiin uudestaan ja annettiin jälleen kuivua. Riittävä n kuivana savi jätettiin osaksi tiivistysrakennetta. Menetelmän ongelmana ovat mm. saven kuivuminen vain kerroksen pinnasta ja sen altistuminen sateille. Kuivunut, kova pintakerros ei paljasta alla olevan saven ominaisuuksia. Ainakin osassa rakennetta ohuen pintakerroksen alla savi oli edelleen hyvin pehmeää, sellaista, johon saapas helposti upposi. Ensimmäisellä työmaakäynnillänäytteeksi saatiin mm. savea, jonka vesipitoisuus oli 95 %. Savi halkeili voimakkaasti kuivuessaan ja tiivisterakenteeseen jäi useita senttimetrejäleveitähalkeamia (ks. kuva 4.33 sivulla 66). Ilmeisesti savea/savista maata haettiin tiivistyskerrokseen useista eri pisteistä. Jo silmämääräisen tarkastelun perusteella mineraalisen tiivistyskerrokseen 20

25 käytetty maamassa vaihteli ominaisuuksiltaan suuresti. Osassa rakennetta oli havaittavissa silttisiäkerroksia tai jopa hiekkaa. Karkearakeisempi maa-aines on saattanut sekoittua saveen sen kuivatukseen tähdänneen sekoitustyön aikana. Uudenmaan ympäristökeskuksen puututtua rakentamiseen päätettiin mineraalisen tiivistyskerroksen ylin osa tehdä stabiloidusta savesta. Stabiloitavaa savea kasattiin rakenteen reunoille ja ulkopuolisen laadunvalvojan todettua saven mm. vedenläpäisevyysominaisuuksiltaan rakenteeseen kelpaavaksi se stabiloitiin sementillä käyttäen sideainemäärää noin 30 kg/m 3. Stabiloitu savi levitettiin rakenteen päälle stabilointia seuraavana työpäivänä ja tiivistettiin kaivinkoneen yliajoilla noin 0,2 0,25 metrin kerrokseksi. Stabiloituja kerroksia tehtiin kaksi. Toteutunut tiivistyskerros on esitetty kuvassa 3.2. Kuva 3.2:Periaatekuva Lempolan kaatopaikan tiivistyskerroksen toteutuneesta rakenteesta vuonna 2007 tehtyjen havaintojen perusteella 21

26 Luku 4 Laboratoriokokeet 4.1 Näytteet Laboratoriokokeita on tehty kaikkiaan seitsemälle eri näytteelle. Lempolasta peräisin olevia näytteitä ovat Lempola 6, 7 & 8, Lempola 12, Saavi 1, Kenttä 1 ja Kenttä 2. Luokituskokeet tehtiin näytteistä viidelle: HUT Clay, Lempola 6, 7 & 8, Lempola 12, Äijänpelto sekäsaavi 1. Kenttä1 ja Kenttä2 ovat näytteitälempolassa kentällä stabiloiduista massoista. Stabiloinnin takia luokituskokeita ei voitu tehdä näille näytteille. Kaikki luokituskokeet tehtiin Suomen geoteknillisen yhdistyksen (SGY) laatiman GLO-85:n, Geoteknisten laboratorio-ohjeiden mukaisesti (Suomen geoteknillinen yhdistys ry 1985). Luokituskokeiden yhteydessä esitetyissä kuvaajissa esimerkkeinä on käytetty näytteitälempola 6, 7 & 8 ja Saavi 1. Myös stabiloituvuuskokeet tehtiin näille näytteille. Stabiloitujen näytteiden koetuloksia on verrattu myös muiden stabilointia käsittelevien tutkimusten tuloksiin, kuten DI Hassanin et al. tutkimuksiin vuosilta 2007 ja 2008 sekä DI Asko Aallon tutkimuksiin vuodelta Lisäksi käytössäon ollut Sito Oy:n Lempolan kaatopaikkarakenteen laadunvalvontaa varten teettämien kokeiden tuloksia. Seuraavassa on kuvattu kukin näyte ja näytteelle tehdyt kokeet. HUT Clay on lihavaa savea Otaniemen Ossinlammen ympärillä olevasta savikosta. Näytteenottopisteen kohdalla savikon paksuus on noin 2 3 m. Häiriintymätön putkinäyte on otettu huhtikuussa Näytteelle tehtiin luokituskokeet. Lempola 6, 7 & 8 on kolmesta rakeisuuksiltaan hyvin samanlaisesta häiritystä savinäytteestä tehty yhdistetty näyte. Alkuperäiset näytteet ovat SITOn laadunvalvontakäynneillään helmi maaliskuussa 2007 Lempolas- 22

27 ta hakemia näytteitä. Yhdistetylle näytteelle tehtiin luokituskokeet, muutama ödometrikoe ja useampi sarja puristuskokeita. Joustavaseinäisen vedenläpäisevyyslaitteiston toimintaa testattiin tällä näytteellä. Lempola 12 on alkuperäinen SITOn laadunvalvontakäynneillään helmi maaliskuussa 2007 Lempolasta tuoma näyte. Näytteelle tehtiin luokituskokeet. Äijänpelto Näytteelle tehtiin tämän diplomityön puitteissa luokituskokeet. Saavi 1 on Lempolasta ämpärein haettua savea. Näytteenottopisteestä 1 otettiin savea viisi ämpärillistä, jotka kaikki sekoitettiin ja homogenisoitiin laboratoriossa yhdeksi näytteeksi. Näytteelle tehtiin luokituskokeet, vedenläpäisevyyskokeita joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla ja ödometrikokeen yhteydessä sekä useita sarjoja puristuskokeita. Kokeita tehtiin määrällisesti eniten tälle näytteelle. Kenttä 1 on kentällä näytteenottopäivänä stabiloitua, tiivistämätöntäsavea. Näyte on haettu Lempolasta, stabilointiaumasta Näytteestäon valmistettu koekappaleet laboratoriossa. Näytteelle on tehty sarja puristuskokeita, vedenläpäisevyyskoe joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla sekä yksi ödometrikoe. Kenttä 2 kuvaa kentällä stabiloituja, tiivistetystärakenteesta otettuja näytteitä. Näytteitä haettiin putkinäytteenottimilla kolmesta eri pisteestä yhteensä 6 kpl. Näytteille tehtiin yhteensä kuusi puristuskoetta ja yksi ödometrikoe. 4.2 Luokituskokeet Maalaji Luokituskokeilla määritettyjen näytteiden maalajit on esitetty taulukossa 4.1. Ensimmäiseksi näytteistä määritettiin niiden luonnolliset vesipitoisuudet. Säilyttämällä näytteitä ilmatiiviisti muovipusseissa tai muovilla peitetyissä astioissa kylmähuoneessa (6 C) voitiin varmistua siitä, että määritetyt vesipitoisuudet vastaavat jotakuinkin näytteiden alkuperäisiä maastossa toteutuvia vesipitoisuuksia. Näytteiden HUT Clay, Lempola 6, 7 ja 8, Lempola 12, Äijänpelto sekäsaavi 1 rakeisuudet määritettiin areometrikokeella. Näytteiden Saavi 1 ja Lempola 6, 7&8 rakeisuudet on esitetty kuvassa

28 100 % Rakeisuuskäyrä: SAVI savi 0,002 0,0002 Lempola Saavi 1, Lempola 6, 7 & 8 SILTTI HIEKKA SORA hiesu 0,02 hieta 0,2 hiekka 2 sora 20 0,006 hieno 0,06 karkea hieno 0,6 karkea hieno 6 karkea kiviä pieniä 90 % 80 % 70 % 60 % Läpäisy - % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % 0,0002 0,0006 0,002 0,006 0,02 0,074 Raekoko (mm) Saavi 1 Lempola 6, 7 & ,125 0,25 0, TKK Pohjarak. ja maamek mm Kuva 4.1:Savien Saavi 1 ja Lempola 6, 7 ja 8 rakeisuuskäyrät Taulukko 4.1: Luokituskokeissa määritetyt maalajit Maalaji Vesipitoisuus Humus Savipitoisuus d<0, 002 mm (%) (%) (%) Saavi 1 lisa 58 1,1 60 Lempola 6, 7& 8 lisa 95 0,4 78 Lempola 12 lisa 60 0,6 56 HUT Clay lisa 74 ( 0, 5) 74 Äijänpelto salj 195 8,

29 Näytteiden humuspitoisuudet määritettiin polttomenetelmällä. Kustakin näytteestätehtiin kaksi rinnakkaista määritystä. Kideveden osuus hehkutushäviöstäarvioitiin ohjeen GLO-85 mukaisesti. Näytteiden savi-, humus- ja vesipitoisuudet on esitettu taulukossa 4.1. Määritettyihin humuspitoisuuksiin tulee suhtautua kriittisesti. Taulukossa 4.1 HUT Clayn humuspitoisuudeksi on saatu 0, 5 %, mikä ei ole mahdollista. Tämä merkitsee sitä, että koko hehkutushäviö on muodostunut kidevedestä. Lempolasta tuotujen näytteiden kohdalla humuspitoisuudet ovat todennäköisesti liian suuria, sillä silmämääräisten havaintojen perusteella näytteissäsaavi 1, Lempola 6, 7 ja 8 ja Lempola 12 oli palavia roskia pieniämääriäturvetta tai jo osaksi maatuneita pieniäoksankappaleita. Äijänpellon näyte on savista liejua, salj. Muut näytteet ovat lihavia savia, sillä niiden savilajitepitoisuus on yli 50%jahumus alle 2 % Kiintotiheys Näytteiden kiintotiheydet määritettiin pyknometrimenetelmällä. Kustakin näytteestä tehtiin kaksi rinnakkaista määritystä. Kiintotiheydet on esitetty taulukossa 4.2. Äijänpellon liejun kiintotiheys on selkeästi muiden näytteiden kiintotiheyksiä pienempi. Orgaanisen maa-aineksen kiintotiheyden pitäisi olla saven (vrt. Saavi 1) kiintotiheyttäpienempi. Lempolasta haettuihin näytteisiin oli sekoittunut jonkun verran kiviä, jotka ovat saattaneet kasvattavaa määritettyjä kiintotiheyksiä. Taulukko 4.2: Luokituskokeissa määritetyt kiintotiheydet Kiintotiheys ρ s (kg/m 3 ) Saavi Lempola 6, 7& Lempola HUT Clay 2760 Äijänpelto

30 4.2.3 Kartiokokeet Kartiokokeilla määritettiin näytteiden häiriintymätön s u sekähäiritty leikkauslujuus s r. Näiden suhteena saadaan näytteen sensitiivisyys S t (kaava 4.1). S t = s u s r (4.1) S t on sensitiivisyys s u häiriintymätön leikkauslujuus [kn/m 2 ] s r häiritty leikkauslujuus [kn/m 2 ] Häiriintymätön leikkauslujuus pystytään määrittämään ainoastaan putkinäytteenottimilla otetuista näytteistä. Kaikki Lempolasta tuodut näytteet ovat olleet maasta ylös kaivetusta savesta, ämpäreissä tai muovipusseissa laboratorioon tuotuja. Näiden näytteiden häiriintymättömän leikkauslujuuden ja sensitiivisyyden määrittäminen ei ollut mahdollista. Kartiokokeella määritettiin myös näytteiden hienousluku F, joka vastaa likipitäen Casagranden koputuskokeella määritettävää juoksurajaa w L. Hienousluku on rakenteeltaan täysin häirityn näytteen vesipitoisuus, jossa kartio (massa 60 g ja kärkikulma 60 C) painuu näytteeseen 10 mm. Näytteiden Saavi 1 ja Lempola 6, 7 & 8 hienouslukujen määrittäminen on esitetty kuvassa 4.2. Kartiokokeella määritetyt näytteiden ominaisuudet on esitetty taulukossa 4.3. Näytteiden Lempola 6, 7 & 8 ja HUT Clay häirityn leikkauslujuuden s u sekä hienousluvun F määrittäminen oli hankalaa, sillänäytteet olivat niin pehmeitä, että kartiona piti käyttää 10 gramman kartiota, jonka lukematarkkuus on heikohko. Hienousluvun määrittämiseen 10 gramman kartio ei sovellu. Kartion pudotuksia tehtiin aina useampia luotettavan kartion painumalukeman saamiseksi. Taulukko 4.3: Kartiokoe Häiriintymätön Häiritty Sensi- Hienous- Näyte leikkauslujuus leikkauslujuus tiivisyys luku s u s r S t F (kn/m 2 ) (kn/m 2 ) % Saavi 1-1,08-52 Lempola 6, 7 & 8-0,52-71 Lempola 12-1,27-56 HUT Clay 8,6 0,59 14,6 56 Äijänpelto 7,1 1,08 6,

31 HIENOUSLUKU 100, Kartion painuma, mm V e s i p i t o i s u u s w % 95,0 90,0 85,0 80,0 75,0 70,0 65,0 60,0 55,0 50,0 Saavi 1, 60 g Saavi 1, w_luonn., 60 g Lempola 6, 7 & 8, 60 g Lempola 6, 7 & 8, 10 g Lempola 6, 7 & 8, w_luonn., 10 g 45,0 40,0 35,0 30,0 Kuva 4.2:Hienousluvunmäärittäminen Konsistenssirajat Näytteiden konsistenssirajoja kuvaavat vesipitoisuudet määritettiin GLO-85:n mukaisesti. Näytteiden Saavi 1 ja Lempola 6, 7 & 8 juoksurajan määritys on esitetty kuvassa 4.3. Juoksuraja w L on näytteen se vesipitoisuus, jossa näytteeseen vedetty ura sulkeutuu 25 pudotuksella Casagranden koputuskokeessa 13 mm matkalta. Kieritys- eli plastisuusraja on se vesipitoisuus, jossa savesta kieritetty 3 mm paksuinen rihma alkaa katkeilla. Kierityskokeella määritetyt plastisuus- eli kieritysrajat w p ja Casagranden koputuskojeella määritetyt juoksurajat w L on listattu taulukkoon 4.4. Taulukossa on myös kartiokokeella määritetty, juoksurajaa vastaava, hienousluku F sekä kaavalla 4.2 laskettu plastisuusluku I p. I p = w L w p (4.2) I p on plastisuusluku w L juoksuraja [%] w p kieritysraja [%] 27

32 Taulukko 4.4: Konsistenssirajat Näyte Hienousluku Juoksuraja Kieritysraja Plastisuusluku F w L w p I p % % % Saavi 1 52, Lempola 6, 7& Lempola HUT Clay Äijänpelto Juoksuraja Pudotusten lkm ,0 95,0 90,0 85,0 V e s i p i t o i s u u s w % 80,0 75,0 70,0 65,0 60,0 55,0 50,0 45,0 40,0 35,0 Saavi 1 Saavi 1, w luonn. Lempola 6, 7 & 8 Lempola 6, 7 & 8, w luonn. Kuva 4.3: Juoksurajan määrittäminen 28

33 4.2.5 Yhteenveto luokituskokeista Äijänpellon liejua lukuun ottamatta näytteiden plastisuusluvut ovat lähellä toisiaan. Näytteen Lempola 6, 7 & 8 plastisuuslukua nostaa muita savia selvästi korkeampi juoksuraja w L (ja hienousluku F ). Suurimmat erot savinäytteiden rakeisuuskäyrissäjohtuvat Lempolan näytteiden sisältämistä karkeammista rakeista. Työmaalla saviin on sekoittunut hiekkaa ja pieniäkiviä. Jos näytteiden sisältämää hiekkaa ei huomioida, vaihtelevat näytteiden savipitoisuudet välillä %. Luokituskoetulosten perusteella Lempolasta tuoduissa savinäytteissäon jonkin verran humusta, mutta todennäköisemmin määritetty humuspitoisuus on muodostunut näytteisiin sekoittuneista roskista. Savinäytteistä määritetyistäkiintotiheyksistäpienin on näytteelläsaavi 1 (ρ s = 2720 kg/m 3 ) ja suurin näytellälempola 6, 7 & 8(ρ s = 2800 kg/m 3 ). Kaikki luokituskokeissa saadut tulokset on koottu taulukkoon 4.5. Äijänpellon lieju poikkeaa ominaisuuksiltaan selvästi savinäytteistä. Suurin savinäytteitä toisistaan erottava tekijä on näytteiden luonnollinen vesipitoisuus. Luokituskoetulosten perusteella ominaisuuksiltaan lähinnä toisiaan ovat näytteet Saavi 1 ja Lempola 12. Kuvassa 4.4 on näytteiden Saavi 1, Lempola 6, 7 & 8, Lempola 12 ja Äijänpelto kiintotiheyden määrittämiseen käytetyt pyknometrit, humuspolttonäytteet sekästabiloidun näytteen Lempola 6, 7 & 8 puristuskoekappaleita ja kierityskokeen savirihmoja. Luokituskokeiden tulokset ovat liitteessä2. 29

34 Kuva 4.4: Näytteiden Saavi 1, Lempola 6, 7 & 8, Lempola 12 ja Äijänpelto luokituskokeet 30

35 UUNIKUIVATUS RAKEISUUS POLTTO PYKNOMETRI KARTIOKOKEET KOPUTUSKOE KIERITYSKOE Maalaji Luonnollinen vesipitoisuus Savipitoisuus Humus Kiintotiheys Häiriintymätön leikkauslujuus Häiritty leikkauslujuus Sensitiivisyys Hienousluku Juoksuraja Kieritysraja Plastisuusluku w luonn d < 0,002 mm Hm S s u s r S t F w L w p I p (%) (%) (%) (kg/m 3 ) (kn/m 2 ) (kn/m 2 ) (%) (%) (%) Lempola, Saavi 1 lisa , Lempola 6,7,8 lisa , , Lempola 12 lisa , , HUT Clay lisa (-0,5) ,6 0,59 14, Äijänpelto salj , ,1 1,08 6, Taulukko 4.5: Luokituskoetulokset 31

36 4.3 Tutkittavat sekoitussuhteet Näytteet Näytteiden saatavuuden ja Lempolan työmaan ajankohtaisuuden perusteella päätettiin, että stabiloitujen näytteiden tutkimus keskitetään ainoastaan Lempolasta haettaviin näytteisiin. Vain yhden kohteen valitsemista tuki sekin, että useamman kohteen valitseminen olisi tarkoittanut jo nyt suurten näytemäärien moninkertaistumista, mikä ei tämän diplomityön puitteissa olisi ollut mahdollista. Näytteet stabiloitiin Finnsementin Perussementillä, joka on tyypiltään portlandseossementtiä CEM II/B-S 42,5 N. Standardin SFS-EN mukaan klinkkerin osuus CEM II/B-S -tyyppisen sementin koostumuksesta on % ja kuonan %. Muita aineita sementissä saa olla enintään 5 %. (Finnsementti Oy 2006) Puristus- ja vedenläpäisevyyskokeet sekä kierityskokeet aloitettiin näytteellälempola 6, 7 & 8. Näytettä oli määrällisesti enemmän kuin näytettä Lempola 12 ja se oli myös laadullisesti parempaa. Toista koesarjaa varten Lempolan työmaalta haettiin lisää savea, joka sekoitettiin laboratoriossa homogeeniseksi näytteeksi Saavi 1. Laboratoriossa stabiloitujen näytteiden puristus- ja vedenläpäisevyyskokeiden tuloksia verrattiin Lempolan työmaalta haettujen ja siellästabiloitujen näytteiden, Kenttä1 ja Kenttä 2, tuloksiin Sekoitussuhteet Tässä tutkimuksessa stabiloidun saven sideainepitoisuus ilmoitetaan kolmella eri tavalla: A w C w sideaine-/sementtipitoisuus ilmoittaa sementin ja saven kuiva-ainemäärien suhteen prosentteina (%). sideaine-/sementtimäärä ilmoittaa lisätyn sementin määrän savikuutiota kohden yksikössä kg/m 3. W/C on yksikötön vesi sementti-suhde stabiloidun seoksen vesimäärän ja sementin painojen suhde (kg/kg). 32

37 Näytteiden sekoitussuhteiden laskennassa käytettiin lähtökohtaisesti sementtipitoisuutta A w. Sen avulla on suhteellisen helppo määrittää kussakin näyteerässä sekoitettavan saven ja sementin massat, kun saven vesipitoisuus tunnetaan. Vertailtavuuden ja käytäntöön soveltamisen helpottamiseksi tulosten tarkastelussa on käytetty myös sementtimäärää C w (kg/m 3 ). Eri sideainepitoisuuksien laskennalliset yhteydet on esitetty kaavoissa 4.3 ja 4.4. Kaava 4.3 pätee, kun 1. näyte on täysin kyllästynyt eli kyllästysaste S r = 100 %, 2. näytteen vesipitoisuus w ja tiheys ρ (tai tilavuuspaino γ)pysyvä t vakiona 3. näyte stabiloidaan kuivasekoituksena ρ C w = A w ( w +1 ) (4.3) W/C = w/a w (4.4) ρ on tiheys w vesipitoisuus Sideainemäärän C w laskentaan tarvitaan saven (märkäirto)tiheys ρ. Tiheyden määrittämisessä on käytetty oletusta, ettäsavi on täysin vedelläkyllästynyt eli saven huokostilavuus on kokonaan veden täyttämä (kuva 4.5). Veden tiheytenä ρ w on käytetty arvoa 998 kg/m 3,jokavastaa veden tiheyttähuonelämpötilassa T =20 C. Lasketaan sideainemäärä C w näytteelle Lempola 6, 7 & 8 (w = 95 %, ρ s = 2800 kg/m 3 ) käyttämällä vesipitoisuuden (4.5) ja tiheyden (4.6) kaavoja, kun A w =5%: Kuva 4.5: Esimerkki täysin kyllästyneestäsavesta. V w viittaa veden ja V s kiintoaineen tilavuuteen. Vastaavasti ρ w on veden ja ρ s kiintoaineen tiheys. 33

38 w = m w m s (4.5) m w on veden massa m s kiintoaineen massa ρ = m V (4.6) Näytteen Lempola 6, 7& 8 tiheys: m on massa V tilavuus Lavennetaan termillä1/m s : ρ = m V ρ = m w + m s V w + V s V w on veden tilavuus V s kiintoaineen tilavuus ρ = m w m s + ms m s V w m s + Vs = w +1 m w m s ρ w m s + 1 ρ s ρ = w +1 w ρ w + 1 ρ s (4.7) ρ w on veden tiheys ρ s kiintoaineen tiheys Näytteen Lempola 6, 7& 8 tiheys saadaan nyt kaavalla 4.7: 0, ρ = 0, kg/m kg/m 3 ρ = 1490 kg/m 3 34

39 Nyt, kun näytteen tiheys tunnetaan, lasketaan sementtimäärä C w kaavalla 4.3, kun A w =5%: ρ 1490 kg/m3 C w = A w =0, 05 w +1 0, C w =38, 2 kg/m 3 Kun käytetään oletuksia, että savi on täysin veden kyllästämä ja että sementin vesipitoisuus on 0, stabiloidun saven sekoitussuhteen laskentaan vaikuttavat vain saven vesipitoisuus w ja kiintotiheys ρ s. Taulukossa 4.6 on esitetty stabiloitujen näytteiden Lempola 6, 7 & 8 ja Saavi 1 sekoitussuhteiden laskennassa käytetyt vesipitoisuudet ja kiintotiheydet, sekä näistä lasketut märkäirtotiheydet ja tilavuuspainot. Näytteelle Lempola 6, 7 & 8 tehtiin laboratoriokokeita viidellä ja näytteelle Saavi 1 kuudella eri sideainepitoisuudella. Tutkitut sekoitussuhteet on ilmoitettu eri yksiköissä taulukossa 4.7. Taulukko 4.6: Lempolan savinäytteiden sekoitussuhteiden laskennassa käytetyt suureet Vesipitoisuus Kiintotiheys Tiheys Tilavuuspaino w ρ s ρ γ % kg/m 3 kg/m 3 kn/m 3 Lempola 6, 7& ,6 Saavi , Koekappaleiden valmistus laboratoriossa stabiloidusta savesta Stabiloidusta savesta valmistettiin kolmenlaisia näytekappaleita. Halkaisijaltaan noin 50 mm ja korkeudeltaan noin 100 mm koekappaleille tehtiin yksiaksiaalisia puristuskokeita ja vedenläpäisevyyskokeita joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla. Pieniä (halkaisija d = 20mm ja korkeus h = 40mm) lääkeruiskuihin sullottuja näytteitä käytettiin vain puristuskokeissa. Lisäksi stabiloidusta savesta valmistettiin ödometrinäytteitä. Stabiloitavat savet Lempola 6, 7 & 8 ja Saavi 1 homogenisoitiin sekoittamalla näytteitä sekä porakoneeseen asennetulla sekoitusterällä että laastinsekoittimella. Syntynyt massa oli täysin häiriintynyttä. Stabilointi, eli sideaineen sekoitus maanäytteeseen, tehtiin käsin. Stabiloitava näyte ja tarvittava määrä 35

40 sementtiä punnittiin muovipussiin, joka solmittiin kiinni niin, että sen sisään jäi mahdollisimman vähän ilmaa. Savi ja sementti sekoitettiin homogeeniseksi seokseksi puristelemalla muovipussin sisässä ollutta näytettä käsin viiden minuutin ajan. Sekoitetun näytteen jäykkyydestä riippuen pienten puristuskoekappaleiden (d =20 mm) valmistukseen käytettiin kahta eri menetelmää. Riittävän pehmeäksi jääneet näytteet sullottiin muovisiin, katkaistuihin lääkeruiskuihin veitsen avulla. Näytettä sullottiin niin paljon, ettei näytteessä ollut havaittavissa halkeamia 50 mm matkalta. Jäykemmät näytteet sullottiin ensin veitselläpieneen kehtoon, joka sitten puristettiin ruuvipuristimella vasten tasapintaista metallikappaletta. Lääkeruisku painettiin kehdossa olevan näytteen läpi, jolloin ruiskun sisään saatiin yli 50 mm pitkä näytekappale. Mikäli ruisku painautui näytteeseen vinosti tai näytteen ja ruiskun seinämän väliin jäi muusta syystä ilmaa, näytekappaleen teko aloitettiin alusta. Kaikki lääkeruiskuihin sullotut näytteet pantiin minuutin ajaksi painon alle (100 kpa), jotta näytteet olisivat keskenään yhtätiiviitä. Isot puristuskoekappaleet tiivistettiin halkaisijaltaan noin 50 mm oleviin pleksiputkiin mäiskimällä putkea pystyasennossa alustaa vasten. Putken alapää tiivistettiin muovikalvolla ja muovisella korkilla, jotka puristettiin kiinni putkeen metallisella letkunkiristimellä. Stabiloitua savea annosteltiin putkeen pienissä erissäja näyte mäiskittiin yhtenäiseksi rakenteeksi. Yleisesti ottaen isojen puristuskoekappaleiden tiheydet olivat hieman pienempiä kuin pienten koekappaleiden, sillä isoihin näytekappaleisiin jäi jonkin verran ilmakuplia. Jousta- Taulukko 4.7: Näytteiden Lempola 6, 7 & 8 ja Saavi 1 sekoitussuhteet Sideainepitoisuus Sideainemäärä Vesi sementti-suhde A w C w W/C % kg/m 3 Lempola 6, 7& ,2 19,0 4 30,6 23,8 3 22,9 31,7 2 15,3 47,5 1 7,6 95,0 Saavi ,7 11,6 4 42,2 14,5 3 31,6 19,3 2 21,1 29,0 1 10,5 58,0 0,5 5,3 116,0 36

41 vaseinäisessä vedenläpäisevyyslaitteistossa käytetyt koekappaleet valmistettiin tällä samalla menetelmällä. Jokaisesta muovipussissa sekoitetusta erästä määritettiin vesipitoisuus uunikuivatuksella. Lisäksi vesipitoisuus määritettiin ainakin kahdesti näytteenteon aluksi ja lopuksi myös stabiloitavasta savimassasta. Näin voitiin varmistua siitä, ettei saven vesipitoisuus ollut muuttunut säilytyksen aikana. Vesipitoisuuden muutos olisi vaikuttanut stabiloinnissa käytettävään sementtimäärään. Kullekin sideainepitosuudelle määritettiin plastisuusraja kierityskokeella. Ödometrinäyte sullottiin renkaaseen ja näytteen päät tasoitettiin. Kaikki laboratoriossa stabiloidut näytekappaaleet säilytettiin veden alla huoneenlämmössä (T = C). Huonelämpötilalla haluttiin nopeuttaa sementin kemiallisia reaktioita ja näytekappaleiden lujittumista. Näytteitä säilytettiin vedessä, koska näytteet haluttiin pitää mahdollisimman hyvin veden kyllästäminä. Toisaalta veden lämpötila pysyi myös tasaisempana kuin huonelämpötila. Laboratoriossa stabiloitujen näytekappaleiden valmistuksen vaiheet on esitetty kuvassa 4.6. Jälkeenpäin todettiin, että näytteiden säilyttäminen vedessäei vastannut Lempolan työmaan kenttäolosuhteita. Työmaalla stabiloitava savi ajettiin stabilointiaumoihin, joissa se kuivui ja oli kosketuksissa ilmaan sekä ennen että jälkeen stabiloinnin. Veden alla säilyttäminen olisi vastannut paremmin olosuhteita, joissa märkäsavi olisi stabiloitu massastabilointina in situ. Ennen kokeita näytekappaleet työnnettiin ulos putkistaan ja muotoiltiin veitselläoikean korkuisiksi. Pienten puristuskoekappaleiden korkeus olinoin40mm ja isojen sekäjoustavaseinäisessä vedenläpäisevyyslaitteistossa käytettyjen koekappaleiden noin 100 mm Koekappaleiden valmistus kentällä stabiloidusta savesta Lempolan työmaalla stabiloitava savi oli kasattu aumoiksi. Savi stabiloitiin käyttäen syvästabilointiin tarkoitettua Allu Finland Oy:n kehittämää kalustoa. Sementin annostelusta vastasi erillinen tela-alustalla kulkeva painesyötin, josta sementti kulkeutuu paineilman mukana letkua pitkin kaivukoneeseen kiinnitettyyn sekoitinterään. Samalla, kun terästä suihkuaa paineilmaa ja sementtiä, pyörivä t osat sekoittavat stabiloitavaa ainesta ja sementtiätasaiseksi massaksi. Prosessia valvotaan ja säädetään erillisen kaivukoneen ohjaamoon asennetun ohjauspaneelin kautta. (Allu Finland Oy s.a.) 37

42 Kuva 4.6: Laboratoriossa stabiloitujen näytekappaleiden valmistuksen vaiheet. Laastinsekoittimella homogenisoitu savi ja sementti sekoitettiin muovipussissa käsin puristelemalla (ylärivi). Pienet näytekappaleet sullottiin lääkeruiskuihin näytteen jäykkyydestä riippuen kahdella vaihtoehtoisella menetelmällä ja näytteitäpidettiin minuutin ajan 100 kpa paineen alla (2. rivi). Isot näytekappaleet valmistettiin mäiskimällä savea pleksiputkessa alustaa vasten. Kustakin sekoitussuhteesta määritettiin kieritysraja ja jokaisesta sekoitetusta erästä vesipitoisuus (3. rivi). Kaikki näytekappaleet säilytettiin koestamiseen saakka veden alla huonelämpötilassa (alarivi). 38

43 Lempolan työmaalta haettiin kahdesti työmaalla stabiloituja näytteitä laboratoriokokeita varten. Kenttä1 -näytteet ovat stabilointiaumasta haettua massaa, josta näytekappaleet rakennettiin laboratoriossa, kun taas Kenttä 2 -näytteet olivat valmiista tiivistysrakenteesta otettuja häiriintymättömiä näytteitä. Kenttä 1 -näytteet Kenttä 1 -näyte oli näytteenottopäivänä stabiloitua ja sekoitettua savea, joka otettiin stabilointiaumasta (kuva 4.7). Näytteen vesipitoisuudeksi mitattiin 40,4 % ja 43,4 %. Näyte haettiin maanantaina , jolloin mitattiin myös näytteen vesipitoisuus. Näytekappaleiden valmistusta testattiin tiistaina ja varsinainen näytekappalesarja valmistettiin keskiviikkona. Isot puristuskoekappaleet sekä yksi vedenläpäisevyysnäyte joustavaseinäiseen vedenläpäisevyyslaitteistoon tehtiin samoihin pleksiputkiin, kuin muutkin puristuskoekappaleet. Putken alapää oli jälleen suljettu muovilla ja letkunkiristimellätiukasti putkeen kiinnitetyllämuovikorkilla. Näyte annosteltiin putkeen pienissäerissäja tiivistämiseen käytettiin muovista ja puista nuijaa (kuva 4.8). Näytteestä Kenttä 1 tehtiin myös kontrollimielessä muutama pieni puristuskoekappale. Katkaistuun lääkeruiskuun sullottiin pienissäerissänäytettä, joka tiivistettiin yhtenäiseksi puristamalla ruiskun männällä näytettä ulos putkesta, mutta pöytää vasten. Vedenläpäisevyysödometrikoe aloitettiin näytteenottopäivää seuranneena päivänä, tiistaina. Kaikki näytteet säilytettiin huonelämpötilassa, mutta toisin kuin laboratoriossa stabiloidut näytteet, pöydällä. Jottei näyttekappaleet kuivuisi, putkien päät oli suljettu muovilla ja ilmastointiteipillä. Kenttä 2 -näytteet Kenttä 2 -näytteet otettiin putkinäytteenottimilla suoraan rakenteesta (kuva 4.9).Näytteenottoputki asetettiin kohtisuoraan stabiloitua kerrosta vasten ja hakattiin rakenteeseen kumipäisellä vasaralla. Näyte katkaistiin kiertämällä putkea ja putki näytteineen nostettiin ylös. Stabiloitu rakenne tiivistyi tai savea syrjäytyi putken alta, kun putkea hakattiin rakenteeseen, sillä putken sisään jääneen näytteen yläpinnan taso oli alempana kuin ympäröivä maanpinta. Näytteet otettiin keskiviikkona ja laboratoriokokeet aloitettiin ödometrikokeella maanantaina , jolloin näytteiden stabiloinnista oli kulunut vähintään kuukausi. Ödometrinäyte oli sullottu renkaaseen ja pantu veden alle jo näytteenottoa seuranneena päivänä. Muut näytteet säilytettiin näytteenottoputkissaan. Näytteiden päät oli suljettu muovilla kuivumisen estämiseksi. 39

44 Kuva 4.7: Näyte Kenttä1 haettiin stabilointiaumasta Lempolan työmaalta. Kuva 4.8:Näytteen Kenttä1 näytekappaleiden valmistuksessa käytetyt työvälineet. 40

45 Kuva 4.9: Kenttä 2 -näytteiden otto Lempolan stabiloidusta rakenteesta putkinäytteenottimilla Koekappaleiden vertailu Työmaalla savi stabiloitiin sideainemäärällä C w = 30 kg/m 3. Tähän sekoitussuhteeseen päädyttiin osaksi näytteille Lempola 6, 7 & 8 ja Saavi 1 tehtyjen kokeiden perusteella. Sideainemäärän osalta kenttänäytteiden kanssa vertailtavia laboratorionäytteitäovat Lempola 6, 7 & 8 stabiloituna sideainemäärällä C w = 30,6 kg/m 3 (A w = 4 %) ja näyte Saavi 1 stabiloituna sideainemäärällä C w = 31,6 kg/m 3 (A w = 3 %). Työmaalla stabiloitu savi oli kuitenkin pääosin kuivempaa kuin laboratoriossa stabiloidut savet. Näin ollen työmaalla stabiloidun seoksen vesi sementti-suhde jäi laboratorionäytteitäpienemmäksi ja seoksesta tuli jäykempää ja kovempaa. Sementtimäärällä noin C w = 30 kg/m 3 stabiloitujen näytteiden ominaisuuksia on vertailtu keskenään sekätaulukossa 4.8 ettäkuvassa Taulukon 4.8 w 0 ja ρ 0 viittaavat stabiloimattoman saven ominaisuuksiin. w 0 on saavissa olleesta näytteestä mitattu vesipitoisuus ja ρ 0 vesipitoisuuden ja kiintotiheyden avulla laskettu (täysin kyllästyneen) näytteen märkäirtotiheys. Suluissa olevat näytteiden Kenttä1jaKenttä2 w 0 -arvot on arvioitu muiden koetulosten perusteella. Loput taulukon 4.8 vesipitoisuuksista ja märkäirtotiheyksistä on määritetty yksiaksiaalisen puristuskokeen isojen koekappaleiden mittaustuloksista. Laboratoriossa rakennettujen näytteiden vesipitoisuudet vaihtelevat vain vähän. Sekä vesipitoisuuden että märkäirtotiheyden hajonta kasvaa, kun siirrytään kentällä stabiloituihin näytteisiin. Hajonta on suurin suoraan rakenteesta otetuilla näytteillä. 41

46 Stabiloidun saven tiheyden ja vesipitoisuuden välillä on voimakas korrelaatio (kuva 4.10): stabiloitu savi saadaan sitä tiiviimmäksi, mitä kuivempaa se on. Työmaalla savi odotti stabilointia aumoihin läjitettynä. Se kuivui, toisin kuin laboratoriossa säilytetyt näytteet, ja näin ollen myös tiivistyi laboratorionäytteitäparemmin. Kenttänäytteiden tiheydet ovat poikkeuksetta suurempia kuin laboratoriossa stabiloitujen näytteiden tiheydet. Taulukosta 4.8 nähdään stabiloinnin vaikutus saven vesipitoisuuteen, joka pienenee, kun sementti reagoi veden kanssa. Vettä sitovat sekä nopeat silikaattireaktiot että hitaat potsolaanireaktiot. Vaikka sementin ja veden reaktiot jatkuvat hitaina potsolaanireaktioina vieläpitkään aineiden sekoittamisen jälkeen, niin vesipitoisuuden muutokset jäävä t verrattaen pieniksi silikaattireaktioiden päätyttyä. (Bergado et al. 1996) Tämä on havaittavissa myös kuvan 4.11 koetuloksista, joissa isojen puristuskoekappaleiden vesipitoisuudet eivät juurikaan muutu näytteiden iän lisääntyessä 1 28 d. Kuivasekoituksena tehty stabilointi pienentää saven vesipitoisuutta jo siitäkin syystä, että sementti kasvattaa saven kuiva-aineen määrää suhteessa veden määrään. Kuvassa 4.12 on rinnakkain isot puristuskoekappaleet laboratoriossa stabiloitusta näytteestä(saavi 1), kentällä stabiloidusta, mutta laboratoriossa rakennetusta näytteestä(kenttä1) ja kentällä stabiloitusta, rakenteesta putkinäytteenottimella otetusta näytteestä (Kenttä 2). Kuva on otettu yksiaksiaalisen puristuskokeen ja näytteiden uunikuivatuksen jälkeen. Kuvasta näkee selvästi näytteiden rakenteellisen eron. Laboratoriossa käsin stabiloidut näytteet ovat kauttaaltaan hyvin homogeenisia, eikä esim. näytteiden Lempola 6, 7 & 8 Taulukko 4.8: Lempolan isojen koekappaleiden vesipitoisuudet ja märkäirtotiheydet (C w 30 kg/m 3 ) w 0 w ka w max w min havaintoja % % %-yks kpl Lempola 6, 7& ,6 3 Saavi ,7 15 Kenttä1 ( ) 37 3,9 12 Kenttä2 ( ) 38 14,2 7 ρ 0 ρ ka ρ max ρ min havaintoja kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 kpl Lempola 6, 7& Saavi Kenttä Kenttä

47 ja Saavi 1 vesipitoisuuseroa pysty havaitsemaan puristuskoekappaleiden ulkonäön perusteella. Työmaalla stabiloinnin mittakaava on paljon suurempi ja jälki vaihtelevaa. Vaikka aumassa oleva massa sekoitettiin vieläkahdesti varsinaisen stabiloinnin jälkeen, jää massan joukkoon suuria savikokkareita, joissa sementtiä on vain pinnalla, mutta myös pieniä kivimäisiä rakeita, joissa sementtiäon runsaasti. Tiivistettäessä ainakin osa suurista savikokkareista rikkoutuu ja pienemmät kivimäiset rakeet sekoittuvat paremmin muun massan joukkoon. Stabiloitujen näytteiden märkäirtotiheys, C w 30 kg/m 3 Tiheys, (kg/m 3 ) y = -5,8313x ,2 R 2 = 0,9034 Kenttä 2, C_w = 30 kg/m3 Kenttä 1, C_w = 30 kg/m3 Saavi 1, C_w = 31,6 kg/m3 Lempola 6, 7 & 8, C_w = 30,6 kg/m3 Lin. (Trendi) Vesipitoisuus, w (%) Kuva 4.10: Stabiloitujen näytteiden vesipitoisuuksien ja tiheyksien suhde Vesipitoisuus w (%) Saavi 1, C_w = 31,6 kg/m3 Saavi 1, C_w = 42,2 kg/m3 Säilytysaika (d) Kenttä 1, C_w = 30 kg/m3 Kuva 4.11: Isojen puristuskoekappaleiden vesipitoisuudet 43

48 Suoraan stabiloidusta rakenteesta otetut näytteet ovat rakenteeltaan homogeenisempia kuin laboratoriossa tiivistetyt näytekappaleet. Todennäköisesti stabiloitu savi sekoittuu ja tiivistyy paremmin kaivinkoneen telaketjun alla kuin käsin nuijalla pleksiputkeen tiivistettäessä. Kaikki näytteet stabiloidusta rakenteesta otettiin rakenteen pinnasta ja ne ulottuivat maksimissaan noin 0,15 m syvyyteen. Mikäli tiivistetyn kerroksen alaosa on jäänyt yläosaa löyhemmäksi, se ei näy koekappaleissa. Myös stabiloinnista kulunut aika ja vesipitoisuus vaikuttavat massan tiivistettävyyteen. Näiden merkitys on kuitenkin tulkittava kaluston vaikutusta vähäisemmäksi, sillä kaikki Kenttä 2 -näytteet ovat rakenteeltaan Kenttä 1 -näytteitä tasalaatuisempia (kuva 4.12), vaikka niiden vesipitoisuus- ja tiiviysvaihtelut ovat suurempia, kuin Kenttä 1 -näytteillä(kuva 4.10). Kenttä 2 -näytteissä oli kuitenkin havaittavissa vaakasuuntaisia kerrosrajoja, joita pitkin osa näyttekappaleista katkesi jo näytteenottovaiheessa. Kuva 4.12: Laboratorio- ja kenttänäytteiden vertailu. Vasemmalta: laboratoriossa stabiloitu näyte Saavi 1 (M43B), aumasta otettu ja laboratoriossa rakennettu näyte Kenttä 1 (M73B) ja rakenteesta otettu näyte Kenttä 2 (1D). 44

49 4.4 Yksiaksiaaliset puristuskokeet Puristuskoe Tämän ja seuraavan kappaleen teoria ja kaavat ovat oppikirjasta Geotekniikka (Rantamäki et al. 2004). Puristuskokeella määritetään koekappaleen puristuslujuus q u. Yksiaksiaalisessa puristuskokeessa koekappaletta puristetaan pystysuunnassa kappaleen murtumiseen asti. Koekappaleeseen vaikuttaa siis vain pystyakselin suuntainen pääjännitys σ 1, ja toisin kuin kolmiakselikokeessa, vaakasuuntaisia pääjännityksiä ei ole (σ 2 = σ 3 =0). Kun Mohr-Coulombin murtoehdon oletetaan olevan voimassa, murtohetkellä koekappaleen murtopinnassa vallitseva jä nnitys on yhtä suuri kuin kappaleen leikkauslujuus. Murtopinnan jännitystila ilmaistaan normaalijännityksen 4.8 ja leikkausjännityksen 4.9 avulla. σ = σ 1 + σ σ 1 σ 3 2 cos 2α (4.8) τ = σ 1 σ 3 2 sin 2α (4.9) σ on murtopinnassa vallitsena normaalijännitys [kn/m 2 ] σ 1 koekappaleeseen vaikuttava pystyjännitys [kn/m 2 ] σ 3 koekappaleeseen vaikuttava vaakajännitys [kn/m 2 ] α murtopinnan kaltevuuskulma [ ] τ murtopinnassa vallitseva leikkausjännitys [kn/m 2 ] Kun vaakasuuntainen jännitys σ 3 =0, yksinkertaistuu murtopinnan jännitystila kaavoiksi 4.10 ja σ = σ σ 1 cos 2α (4.10) 2 τ = σ 1 2 sin 2α (4.11) 45

50 Coulombin kaavasta (4.12) saadaan koekappaleelle sen leikkauslujuus tehokkaita parametreja käyttäen: τ f = c + σ tan φ (4.12) τ f on leikkauslujuus [kn/m 2 ] c tehokas koheesio [kn/m 2 ] σ tehokas normaalijännitys eli raepaine [kn/m 2 ] φ tehokas kitkakulma [ ] Puhtaalle koheesiomaalle päätee φ =0ja maan leikkauslujuus muodostuu ainoastaan tehokkaasta koheesiosta. Leikkauslujuus on siis vakio, joka ei riipu murtopinnassa vallitsevasta jännitystilasta: τ f = c Jännitysympyrä ja leikkauslujuuden kuvaaja ovat siis kuvan 4.13 mukaiset. Kuvasta on todettavissa, että jännitysympyrän halkaisija vastaa puristusjännitystä σ 1 ja sen säde leikkauslujuutta τ (τ = σ 1 2 ). Samaan päädytään, kun sijoitetaan murtopinnan kaltevuuskulman kaavaan 4.13 φ = 0, ja tämä jo yksinkertaistettuihin murtopinnan jännitystilan kaavoihin 4.10 ja 4.11: α =45 + φ 2 (4.13) α =45, kun φ =0 σ = σ σ 1 2 cos (2 45 ) = σ 1 2 τ = σ 1 2 sin (2 45 ) = σ 1 2 Murtotilanteessa koekappaleen leikkauslujuus on yhtäsuuri kuin murtopinnassa vallitseva leikkausjännitys: τ f = τ. Niin ikään koekappaleen puristuslujuus q u vastaa puristusjännitystä σ 1. Puristusjännitys lasketaan kaavan 4.14 mukaisesti. Koekappaleen puristus- ja leikkauslujuudet voidaan siis laskea mittaustuloksista yksinkertaisilla kaavoillan 4.14 ja Puristuskokeella määritetystä leikkauslujuudesta käytetään symbolia s p. 46

51 Kuva 4.13: Puristuskoe (Rantamäki et al. 2004) q u = σ 1 = F A = m g A s p = q u 2 (4.14) (4.15) q u on maan puristuslujuus [kn/m 2 ] F koekappaletta puristava voima [N] m koekappaletta puristava massa [kg] g normaalikiihtyvyys (9,81 m/s 2 ) A näytteen poikkileikkausala [m 2 ] s p on puristuskokella määritetty leikkauslujuus [kn/m 2 ] Puristuskokeen soveltuvuus leikkauslujuuden arviointiin Puristuskoe on nopea koe (undrained), jossa huokosvedenpaine ei ehdi purkautua. Raepaine σ =0ja huokosvedenpaine vastaa normaalijännitystä u = σ. Tässä tutkimuksessa puristusnopeutena käytettiin v = h 0, 1 1, jossa h on min koekappaleen korkeus. Pienten näytteiden (h 40 mm) puristusnopeus oli 4 mm/min ja isojen näytteiden (h 100 mm) 10 mm/min. Kun puristuskoe tehdään puhtaalle koheesiomaalle (φ =0), pitäisi murtopinnan kaltevuuskulman α olla teoriassa 45 (kaava 4.13). Usein puristuskokeessa havaittu murtopinta ei noudata tätä teoriaa, vaan se voi olla esim. osittain pystysuora kuten kuvassa Pehmeillänäytteilläselkeämurtopinta saattaa jäädä kokonaan muodostumatta, kun koekappale häiriintyy ja painuu kasaan. Puristuskokeesta piirretään kuvaaja, jossa esitetään mitattu puristava voima koekappaleen muodonmuutoksen suhteen. Murtohetkellä saavutettavan suurimman voiman perusteella määritetään koekappaleen puristus- ja leikkauslu- 47

52 juus. Kovien näytteiden puristuskoekuvaajista maksimivoima on helposti luettavissa (kuva 4.15), mutta pehmeiden näytteiden kohdalla maksimilujuus voi olla vaikeasti havaittavissa tai sitä ei saavuteta (kuva 4.16). Tällöin puristuslujuus tulisi määrittää kuvan 4.13 mukaisesti tilanteesta, jossa koekappaleen muodonmuutos on 10 %. Stabiloidusta rakenteesta otettujen näytteiden (Kenttä2) puristuskokeissa oli toisinaan havaittavissa, että puristusjännitys kasvoi vielä senkin jälkeen, kun koekappaleeseen oli syntynyt selkeämurtopinta. Tällainen käyttäytyminen johtunee näytteen epähomogeenisesta rakenteesta. Kuva 4.14: Kovan koekappaleen murtopinta, joka on osittain lähes pystysuora 48

53 Lempola SAAVI 1; A w = 4 %; 42,2 kg/m 3 puristusjännitys, q u (kpa) M45 M52 M aksiaalinen muodonmuutos, 1 (%) Kuva 4.15: Kovan näytteen puristuskoekuvaaja Lempola SAAVI 1; A w = 2 %; 21,1 kg/m 3 puristuslujuus, q u (kpa) M94 M100 M aksiaalinen muodonmuutos, e 1 (%) Kuva 4.16:Pehmeän näytteen puristuskoekuvaaja 49

54 4.5 Vedenläpäisevyys Tutkimusmenetelmät Veden virtausnopeus maassa määräytyy hydraulisen gradientin (eli hydraulisen putouksen) ja maan vedenläpäisevyyden mukaan. Lauseke tunnetaan Darcyn lakina: v = k i (4.16) v on veden virtausnopeus [m/s] k vedenläpäisevyys [m/s] i hydraulinen gradientti [m/m] Tässä tutkimuksessa näytteiden vedenläpäisevyys määritettiin laboratoriossa portaittain kuormitettavalla vedenläpäisevyysödometrillä muuttuvapainekokeena sekäjoustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla vakiopainekokeena Ödometrikoe Ödometrikokeessa vesi johdetaan byretistä sellissä olevaan näytteeseen alakautta (kuva 4.17). Vesi virtaa näytteessä alhaalta ylöspäin. Veden kulkemista näytteen läpi seurataan byretin mitta-asteikolta. Muuttuvapainekokeessa näytteen vedenläpäisevyys määritetään kaavalla 4.17 tai, jos käytetään kymmenkantaista logaritmia, kaavalla 4.18 (Suomen standardisoimisliitto ). k = al At ln h 1 h 2 (4.17) k =2.3 al At lg h 1 h 2 (4.18) a on byretin sisäpoikkileikkausala [m 2 ] L näytteen korkeus [m] A näytteen ala [m 2 ] t havaintoaika [s] h 1 veden painekorkeus havaintoajan alussa [m] veden painekorkeus havaintoajan lopussa [m] h 2 50

55 Kuva 4.17: Esimerkki koejärjestelystä vedenläpäisevyyden mittaamiseksi ödometrilaitteistolla (perustuu normiin DIN 18130). Näytteen vedenläpäisevyys mitataan liittämällä ödometrilaitteistoon byretti, josta vesi johdetaan näytteen läpi alhaalta ylöspäin. (Schuppener et al. 1995, s.19) 51

56 Lämpötila vaikuttaa veden virtausominaisuuksiin. Jotta eri lämpötiloissa määritettyjä vedenläpäisevyyskertoimia voidaan vertailla keskenään, on vertailulämpötilaksi sovittu T =20 C. Muissa lämpötiloissa määritetyt vedenläpäisevyydet saadaan vastaamaan tätä kertomalla ne lämpötilankorjauskertoimella α (kaava 4.19), jonka arvo saadaa kuvaajasta (kuva 4.18). Standardin CEN ISO/TS :fi (luonnos) mukaan vertailulämpötila on 10 C ja kerroin α määräytyy Poiseuillen kokemusperäisestä kaavasta 4.20 (Suomen standardisoimisliitto ). k 20 C = α k T (4.19) k 20 C on vedenläpäisevyys lämpötilassa T =20 C [m/s] α korjauskerroin vedenläpäisevyys mittauslämpötilassa T [m/s] k T α = 1, , 037T +0, 00022T 2 (4.20) T on veden lämpötila kokeen aikana [ C] Tässä tutkimuksessa kaikki vedenläpäisevyyskokeet tehtiin huonelämpötilassa noin 20 C, joten korjauskerrointa ei käytetty. Ödometrikokeessa näytettä kuormitetaan ja sen muodonmuutosta seurataan mittaamalla näytteen korkeutta. Kokeen aikana näytteen huokostilavuus pienenee ja tiheys kasvaa. Vedenläpäisevyys voidaan määrittää kullakin eri kuormitusportaalla, kun kuormitus ja samalla näytteen korkeus lukitaan paikoilleen. Kun maanäytteen massa tunnetaan, voidaan maan vedenläpäisevyys määrittää eri tiheyksissä. Tulokset voidaan ilmaista myös kuivairtotiheyden suhteen, kun näytteen vesipitoisuus on tiedossa. Vedenläpäisevyys mitattiin pääasiassa viideltä eri kuormitusportaalta. Yksi koe kesti viikon ja vedenläpäisevyysmittauksia tehtiin aina yön ja viikonlopun yli. Kultakin kuormitusportaalta mitatuista tuloksista määritettiin näytteen vedenläpäisevyys. Kunkin kuormitusportaan mittaustulokset viedään kuvaajaan, jossa niiden muodostamalta suoralta valitaan kaksi pistettä, joiden mukaan vedenläpäisevyys määritetään (kuva 4.19). Mittauksessa tai tulosten kirjaamisessa tapahtuneet virheet näkyvät kuvaajassa suoralta poikkeavina pisteinä. Kunkin kuormitusportaan vedenläpäisevyys- ja muodonmuutostiedot yhdistetään kuvan 4.20 mukaisiksi kuvaajiksi. Vasemmalla on kuvattu vedenläpäisevyysarvon riippuvuus näytteen kokoonpuristuvuudesta ja oikealla näytteen 52

57 Kuva 4.18: Vedenläpäisevyyden korjauskerroin α (Rantamäki et al. 2004) 3,95 KODO 5150 kssw, KP1 30,8 kpa; Lempola saavi 1; A w = 4 %; 42,2 kg/m 3 ln H [cm] 3,9 3,85 3, t [h] k = 2.30 * a byr L 0 /A * 1/(t 2 -t 1 ) * lg H 1 /H 2 = 7,02E-10 m/s Kuva 4.19: Vedenläpäisevyyden määrittäminen ödometrikokeessa (näyte Saavi 1, kuormitusporras 30,8 kpa) 53

58 kuivairtotiheydestä. Erityisesti kuivairtotiheyskuvaajan tietoja voidaan soveltaa ympäristörakentamisessa. Vedenläpäisevyysödometrikokeen tuloksista voidaan määrittää se kuivairtotiheys, jossa rakenteelle asetettu vedenläpäisevyysvaatimus täyttyy. KODO 5150 kssw; Lempola saavi 1; A w = 4 %; 42,2 kg/m 3 Vedenläpäisevyyskerroin k (m/s) (Taylor) Vedenläpäisevyyskerroin k (m/s) 0 1,060 y = -7,0008Ln(x) - 147,23 R 2 = 0, Suhteellinen kokoonpuristuvuus e (%) y = -0,0825Ln(x) - 0,6439 1,080 1,100 1,120 1,140 1,160 1,180 Kuivairtotiheys d (g/cm 3 ) 8 1,0E-10 1,0E-09 1,0E-08 1,200 1,0E-10 1,0E-09 1,0E-08 Kuva 4.20: Ödometrikokeessa mitattu vedenläpäisevyys materiaalin kokoonpuristuvuuden ja kuivairtotiheyden suhteen (näyte Saavi 1) Joustavaseinäinen vedenläpäisevyyslaitteisto Joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla vedenläpäisevyys määritetään vakiopainekokeena. Näyte asetetaan membraanikumin sisään kolmiaksiaaliselliin, johon johdetaan sellipaine. Vesi virtaa etupainesellistä näytteen läpi takapaineselliin, alhaalta ylöspäin (kuva 4.21). Etupaineselliin johdetaan paine, joka on suurempi kuin takapaineselliin johdettava paine. Paine-ero synnyttää hydraulisen gradientin ja aiheuttaa veden virtauksen etupainesellistätakapainesellin. Virtausmäärä on suoraan verrannollinen käytettyyn gradienttiin, eli näytteen läpi virtaavan veden määrä kasvaa, kun gradientin arvo suurenee. Virtausmääriä seurataan sellien mittaasteikoilta. Vakiopainekokeella määritettävä vedenläpäisevyys saadaan suoraan Darcyn laista johdetusta yksinkertaisesta kaavasta 4.21, jossa Q/A on veden virtausnopeus v ja Δh/l hydraulinen gradientti i. Etu- ja takapaineiden paine-ero 54

59 Kuva 4.21: Joustavaseinäinen vedenläpäisevyyslaitteisto (Virtanen et al. 2006) 55

60 Δh lasketaan vesipatsaan korkeutena. Vallitsevaa painetta vastaavan vesipatsaan korkeus kummassakin sellissä saadaan kaavan 4.22 mukaan (Suomen standardisoimisliitto ). k = Q l A Δh (4.21) Q on veden virtaama näytteen läpi [m 3 /s] l näytteen korkeus [m] A näytteen poikkileikkaspinta-ala [m 2 ] Δh on etu- ja takapaineen paine-ero vesipatsaan korkeutena [m] h = p γ w (4.22) h on veden painekorkeus [m] p sellissävallitseva paine [kpa] γ w veden tilavuuspaino [kn/m 3 ] Näytteen läpi johdettavan veden tulisi olla ilmatonta ja näytteen täysin kyllästynyt, sillähuokosissa oleva ilma hidastaa veden kulkua näytteen läpi. Näyte voidaan kyllästää käyttämällä erittäin suuria vedenpaineita, jolloin ilma liukenee veteen. Esimerkiksi kyllästysasteelle S r = 95 % suositellaan käytettävän takapainetta 300 kpa. Mikäli koe tehdään osittain kyllästyneelle näytteelle, tulee tästä mainita koeraportissa. (Suomen standardisoimisliitto ) Standardin suosittamat paineet näytteen kyllästämiseen ovat niin suuria, että useimmat Suomessa vedenläpäisevyyden määritykseen käytetyt laitteet eivät niitä kestä (Virtanen et al. 2006). Tässä tutkimuksessa suurin käytetty etupaine oli 170 kpa ja takapaine 140 kpa (kuva 4.22). Näillä paineilla vallitseva hydraulinen gradientti on noin 30, kun näytteen korkeus on noin 100 mm (kuva 4.23). Sellipaineen täytyy olla etu- ja takapainetta suurempi, jottei näytteen läpi virtaava vesi ala kertyä membraanikumin ja näytteen väliin. 56

61 Käytetyt paineet Paine (kpa) sellipaine etupaine takapaine tehokas jännitys Aika (h) Kuva 4.22: Vedenläpäisevyyskokeessa käytetyt selli-, etu- ja takapaine, sekä tehokas jännitys (näyte Saavi 1, A w =4%) (menovesi/tulovesi)*10 gradientti Aika (h) Kuva 4.23: Vedenläpäisevyyskokeen gradientti ja tulo- ja menoveden suhde (näyte Saavi 1, A w =4%) Joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla suoritetun kokeen tuloksista pitää selvitä käytetyt paineet (selli-, etu- ja takapaine), näytteen läpi virrannut vesimäärä ja vesimäärän virtaamiseen kulunut aika. Darcyn teorian mukaan maan vedenläpäisevyys on riippumaton gradientista. Näin ollen näytteen vedenläpäisevyyden k tulisi pysyä samana, vaikka kokeessa käytettyjä paineita ja gradienttia muutetaan. Työryhmän Pasi Virtanen (Tieliikelaitos), Jyrki Hämäläinen (SYKE) ja Rainer Laaksonen (VTT) vuonna 2006 laatimassa ohjeessa kehotetaan ilmoittamaan kokeessa mitatuksi vedenläpäisevyysarvoksi k neljän viimeisen mittauksen perusteella laskettu keskiarvo. Teknisen spesifikaation CEN ISO/TS :2004 suomenkielisessä käännöksessä (luonnos) vastaavaa laskennallista menettelyä k-arvon määrittämiseen ei 57

62 käytetä. Kuvassa 4.24 on näytteen Saavi 1, A w =4 %vedenläpäisevyyskokeen kuvaaja. Kokeessa on mitattu sekä näytteeseen mennyt (menovesi) että näytteestä poistunut (tulovesi) vesimäärä. Joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla näytteiden vedenläpäisevyyttä mitattiin kolmen viikon ajan. Hydraulista gradienttia ja käytettyjä paineita nostettiin vähitellen (kuvat 4.22 ja 4.23). Kokeissa käytettiin viittäeri gradienttia. Vasta suurimmilla paineilla (etupaine 170 kpa, takapaine 140 kpa) tehdyt vedenläpäisevyyden mittaukset antavat luotettavia tuloksia. Kokeen alussa näyte saattaa imaista vettä itseensä menovesi ja tulovesi eivät vastaa toisiaan ja mitatut vedenläpäisevyysarvot vaihtelevat suuresti. Lisäksi veden virtaama pienillä gradienteilla on niin vähäinen, että sitä on vaikea mitata. Mittaustarkkuus on hyvä huonosti vettäläpäiseville saville vasta, kun gradientin arvo on 30. Suurten gradienttien käyttö nopeuttaa joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla tehtyä koetta. Mittaustarkkuutta voi yrittää parantaa vedenläpäisevyyslaitteistoon lisättävilläohuilla mittaputkilla (kuva 4.21), joissa veden virtaama määritetään mittaputkeen johdetun ilmakuplan liikkumisnopeuden perusteella. Putkien käyttö todettiin kuitenkin hankalaksi ja mittaus niillä epävarmaksi. Lisäksi pelkona oli, että jos menetelmää käytetään menoveden mittaamiseksi, ilmaa saattaisi päätyä myös näytteeseen. Vedenläpäisevyys Vedenläpäisevyys, k (m/s) 1,0E-08 1,0E-09 1,0E-10 1,0E-11 menovesi tulovesi Aika (h) Kuva 4.24: Vedenläpäisevyyskokeen mittaustulokset Lempolan näytteelle Saavi 1, A w =4% 58

63 4.5.4 Vedenläpäisevyyskokeiden soveltuvuus stabiloiduille näytteille Ödometrilla ja joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla tehdyt kokeet ovat hyvin erilaisia. Usein joustavaseinäisellä laitteistolla tehty koe kestää viikkoja ja mittauksia on harvoin, kun ödometrikoe saadaan tavallisesti vietyäläpi noin viikossa. Ödometriin näytettä tarvitaan vain vähän, sillä yleinen näyterenkaan korkeus on noin 20 mm ja halkaisija 45 mm. Joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla tutkittavien näytteiden sekä korkeus ettähalkaisija vaihtelevat mm. Joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla tutkittava näyte on joustavan membraanikumin sisässä ödometrinäytteen ollessa kiinteässä renkaassa. Kiinteässä renkaassa näytteen ja renkaan välistä tapahtuva veden ohivuoto on todennäköisempää kuin membraanikumia käytettäessä. Ödometrikokeessa näytettä tiivistetään kokeen aikana, mutta joustavaseinäisessä laitteistossa näyte pääasiallisesti säilyttää muotonsa. (Laaksonen 2008) Sementin käynnistämät reaktiot jatkuvat stabiloidussa savessa kuukausia, jopa vuosia (Åhnberg et al. 1995). Jotta viikon kestävän ödometrikokeen ja kolme viikkoa kestävän joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla tehdyn kokeen tulokset olisivat keskenään vertailukelposia, täytyy näytteiden olla yhtä vanhoja. Nyt tehdyissäkokeissa tämä toteutettiin siten, että ödometrikoe aloitettiin neljän viikon kuluttua stabiloinnista ja joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla tehtävä koe kahden viikon kuluttua stabiloinnista. Vertailtavan ajanjakson osalta, kokeiden viimeisellä viikolla, sekä ödometrinäytteet että joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla koestetut näytteet, ovat noin viiden viikon ikäisiä (kuva 4.25). Näytteet ovat siis yhtävanhoja ja niistä saatavat tulokset keskenään vertailukelpoisia. Joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla tehtävä n kokeen huonona puolena on kokeen pitkä kesto ja tulosten yksipuolisuus. Koe voi kestää kolme viikkoa ja tuloksena saadaan testatun näytekappaleen vedenläpäisevyys testatussa tiheydessä. Ödometrikokeella selvitetään vedenläpäisevyyden ja näyt- VIIKKO 1 VIIKKO 2 VIIKKO 3 VIIKKO 4 ÖDO PEHMEÄ PEHMEÄ ÖDO VIIKKO 5 Säilytys Koestus Kuva 4.25: Vedenläpäisevyyskokeiden koeaikaitaulu. Ödometrikoe aloitettiin neljän ja joustavaseinäinen vedenläpäisevyyskoe kahden viikon kuluttua näytteen stabiloinnista. 59

64 teen tiheyden välinen riippuvuus noin viikon aikana. Jotta kuivairtotiheydelle asetettavan vähimmäisvaatimuksen voi määrittää joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla, tarvitaan useita tiheyksiltään erilaisia näytekappaleita, kun ödometrikokeessa selvitään yhdellä pienellä näytteellä. Käytettävän koekappaleen pieni koko rajoittaa ödometrikokeen soveltuvuusaluetta. Valmiin eristysrakenteen vedenläpäisevyyden määrittämisessä pieneen ödometrikoekappaleeseen osuneet epähomogeenisuudet kuten halkeamat tai karkeampi aines antavat rakenteen vedenläpäisevyydelle suuremman arvon, kuin mitä se todellisuudessa on. Koekappaleessa olevat savikokkareet toimivat päinvastoin, jolloin koekappaleen vedenläpäisevyys on pienempi kuin eristysrakenteen vedenläpäisevyys keskimäärin. Joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla voidaan testata koekappaleita, joiden mitat ovat esim % eristysrakenteen paksuudesta. Tällöin yksittäisten epähomogeenisuuksien vaikutus vedenläpäisevyysarvoon jää pienemmäksi kuin ödometrikokeessa. Valtioneuvoston päätöksessä (VNp 861/97) esitettäviä vaatimuksia kaatopaikan rakenteiden vedenläpäisevyydestä sovelletaan useisiin tiivistysrakenteisiin ja eristysseiniin. Vedenläpäisevyysvaatimukset ovat veden täysin kyllästämälle maalle, koska osittain kyllästyneen maan vedenläpäisevyys on kyllästyneen maan vedenläpäisevyyttä pienempi (Leppänen 1998). Laboratorio-olosuhteissa maan kyllästämiseen tarvittava kymmenien metrien vedenpaine on niin suuri, ettei se tule kysymykseen maastossa kuin erikoistapauksissa. Kuva 4.26: Joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla (vas.) ja ödometrilaitteella koestetut koekappaleet kokeen ja uunikuivatuksen jälkeen 60

65 4.6 Konsistenssi Stabiloidun saven plastisuusominaisuuksilla ja vesipitoisuudella on vaikutus saven työstettävyyteen sekä välillisesti myös rakenteen vedenläpäisevyysominaisuuksiin. Stabiloimatonta savea voi olla mahdoton tiivistää ja sen käsittely voi olla vaikeaa saven häiriintymisen ja juoksettumisen takia. Kuivuessaan savi kutistuu, mistä aiheutuu halkeamia savesta tehdyn rakenteen pintaan. Niinpä savesta tehdyn rakenteen vedenläpäisyys voi olla esimerkiksi kuin hiekan, vaikka käytetty savi itsessään olisi käytännöllisesti katsoen lähes vettä läpäisemätöntä. Wu (1967) määrittelee saven plastisuuden siten, ettäsavea voi muovata ilman, ettäse murtuu. Mitchell (2005) puolestaan kuvaa saven plastista käyttäytymistä myös laajemmin:... plastisuusrajaa suuremmissa vesipitoisuuksissa savea voidaan muokata ilman, että sen tilavuus muuttuisi tai savi murtuisi; plastisuusrajaa alemmissa vesipitoisuuksissa ei. Lisäksi Mitchell toteaa kieritysrajalla saven suljetun leikkauslujuuden vaihtelevan noin kpa. Saven konsistenssirajat on esitetty kuvassa Kun saveen lisätään tarpeeksi vettä, se muuttuu plastisesta juoksevaksi (liquid). Plastista kuivempi savi on kiinteää. Kuvassa 4.27 on kiinteä konsistenssi jaettu vielä kahteen osaan. Kutistumisrajaa märemmän saven, puolikiinteän (semisolid), tilavuus pienenee samalla kuin vesipitoisuuskin, mutta kutistumisrajaa kuivempi savi (solid) säilyttää tilavuutensa, vaikka sen vesipitoisuus laskee entisestään. Kuva 4.27: Konsistenssirajat (Lojander 1985) 61

66 Jotta plastisessa konsistenssissa oleva savi tiivistyisi, sen täytyy kuivua. Sementti vaikuttaa kahdella tavalla saven konsistenssiin. Ensiksi, se laskee saven vesipitoisuutta, sillä sementtilisäys kasvattaa saven kuiva-ainemäärää ja sementin käynnistämät kemialliset reaktiot sitovat vettä, ja toiseksi, se nostaa saven plastisuusrajan vesipitoisuutta (Hassan et al ja Chew et al. 2004). Kézdi esitti 1970-luvulla, ettäjo pienet sementtilisäykset kasvattavat kieritysrajan w P vesipitoisuutta. Sementin vaikutus juoksurajaan w L ei ollut hänen tutkimuksissaan täysin yksiselitteinen (kuva 4.28). Chew tutkimusryhmineen julkaisi samankaltaisia tuloksia vuonna 2004 (kuva 4.29). Tulosten perusteella voidaan sanoa, että sementtistabilointi muuttaa saven konsistenssia kiinteän konsistenssin suuntaan. Vesipitoisuuden sekäplastisuuden vaikutuksista saven kuivumiskutistumiseen ovat raportoineet mm. Kézdi vuonna 1979, Daniel ja Wu 1993 sekä Rowe et al Rowe et al. (1995) suosittelevat tavanomaisiin eristysrakenteisiin käytettävän materiaalia, jonka vesipitoisuus on yli optimivesipitoisuuden sekämahdollisesti lähellä plastisuusrajaa. Näin rakenne olisi myös itsekorjautuva. Pääsyynä suositukseen on korkeammilla vesipitoisuuksilla saavutettavat pienemmät vedenläpäisevyydet. Daniel ja Wu (1993) kritisoivat artikkelissaan käytäntöä, jossa eristysrakenteisiin käytettävä maamateriaali tiivistetään optimivesipitoisuuttaan märempänä. Vaikka korkeampi vesipitoisuus olisikin hyväksi eristysrakenteen rakennusaikaiselle vedenläpäisevyydelle, se lisää rakentamisen jälkeistäkuivumiskutistumista. Kutistumisesta aiheutuneet halkeamat eristysrakenteessa toimivat vesikanavina, joita pitkin vesi virtaa mahdollisesti jopa koko rakenteen läpi. Syntyvä t halkeamat mitätöivät rakenteen eristyskyvyn, vaikka käytetty materiaali itsessään olisi lähes vettä läpäisemätöntä. Tutkimuksessaan Daniel ja Wu pyrkivät määrittämään mineraaliselle tiivistysmateriaalille vesipitoisuus- ja tiiviysalueen, jolla volymetrinen kuivumiskutistuma olisi enintään 4 %, vedenläpäisevyyskerroin enintään k = m/s ja puristuslujuus vähintään 200 kpa. Materiaalina he käyttivät savista hiekkaa. Vesipitoisuusalueen määräytymisen periaate on esitetty kuvassa 4.30, jossa materiaalin tiiviys ilmoitetaan kuivatilavuuspainona. Kézdin (1979) tutkimusten mukaan sementillä stabilointi vaikuttaa sekä saven kuivumiskutistumaan että tiivistymiseen. Kézdin mukaan stabiloitu savi voidaan tiivistää jonkinverran suurempaan tilavuuspainoon kuin stabiloimaton savi. Vesipitoisuuden vaikutus tiivistymiseen on kuitenkin suurempi stabiloidulla kuin stabiloimattomalla savella. Stabiloitu maa on siis tiivistystuloksen kannalta herkempi vesipitoisuusvaihteluille kuin stabiloimaton maa (kuva 4.31). 62

67 Kuva 4.28: Sementin vaikutus konsistenssirajoihin. Vas. sideaineen vaikutus Atterbergin rajoihin w L, w p sekäplastisuuslukuun I p. Oik. Sementin vaikutus kolmen erilaisen maanäytteen juoksurajaan. (Kézdi 1979) Kuva 4.29: Sementimäärän ja lujittumisen vaikutukset konsistenssirajoihin (savinäytteen vesipitoisuus ennen stabilointia w i =120 %). LL viittaa juoksurajaan, PL kieritysrajaan ja PI plastisuuslukuun. Vrt. kuvaan (Chew et al. 2004) 63

68 Kuva 4.30: Vesipitoisuuden, kuivumiskutistuman ja leikkauslujuuden perusteella määräytyväsavitiivisteen vesipitoisuusalue, jolla vedenläpäisevyysvaatimus k 10 9 m/s on saavutettavissa. (Daniel et al. 1993). Kuva 4.31: Sementtistabiloinnin vaikutus Proctor-sullonnan tuloksiin (Kézdi 1979) 64

69 Kuva 4.32: Vas. Ominaistilavuuden muutos vs. sementin sideainepitoisuus. Oik. kuivumiskutistuman väheneminen sementin lisäyksen seurauksena. Vasemmanpuoleisen kuvaajan käyristä numero 4 edustaa savea. (Kézdi 1979) Kezdi (1979) havaitsi stabiloinnin vaikuttavan myös saven kuivumiskutistumaan (kuva 4.32). Kutistuminen vähenee, kun saven konsistenssi muuttuu kiinteämmäksi sementin lisäämisen seurauksena. Myös stabiloitavan saven plastisuusluku vaikuttaa kuivumiskutistumaan mitä plastisempi savi, sitä suurempi on kuivumiskutistuma. Kuvassa 4.33 on Lempolan eristysrakenteen stabiloimattoman saven halkeilua. Halkeilu johtui saven suuresta vesipitoisuudesta sekä kuivasta ja kuumasta säästä. Stabiloiduille näytteille Lempola 6, 7 & 8 ja Saavi 1 tehtiin kierityskokeet kaikille testatuille seossuhteille Geoteknisten laboratorio-ohjeiden GLO-85 mukaisesti. Kierityskoe tehtiin noin 3 7 tuntia näytteen stabiloinnin jälkeen. Tuloksia ei voi suoraan verrata esim. Kézdin (1979) tai Chewin et al. (2004) tutkimustuloksiin, sillä GLO-85:n mukaan kierityskoe tulee tehdä käsittelemättömälle näytteelle, eikänäytettäsaa kieritysrajan määrittämiseksi kuivata ja hienontaa, kuten Kézdin ja Chewin tutkimuksissa on tehty. Kenttänäytteille ei tehty kierityskoetta, silläkentälle stabiloitu materiaali oli liian epähomogeenista luotettavan tuloksen saamiseksi. 65

70 Kuva 4.33: Saven kuivumishalkeilua Lempolan eristysrakenteessa 66

71 Luku 5 Tulokset 5.1 Puristuslujuus Puristuskokeita varten näytekappaleita valmistettiin kolmen rinnakkaisnäytteen sarjoiksi. Kaikkiaan näytekappaleita valmistettiin puristuskokeita varten 237 kappaletta, joista laboratoriossa stabiloituja olivat näytteet Lempola 6, 7 & 8 ja Saavi 1 ja työmaalla stabiloituja Kenttä1 ja Kenttä 2. Näytekappaleiden lukumäärät on esitetty taulokossa 5.1. Pienet viittaavat koekappaleisiin, joiden halkaisija oli noin 20 mm ja korkeus noin 40 mm, isojen vastaavat mitat olivat 50 mm ja 100 mm. Ennen koetta näytekappaleet oli otettava ulos putkistaan ja muotoiltava oikean korkuisiksi. Koekappaleita valmistettaessa osa tuhoutui, joten saatujen koetulosten lukumäärä ei vastaa täysin puristuskokeita varten valmistettujen näytekappaleiden lukumäärää. Liitteeseen 3 on koottu tärkeimmät tunnusluvut kaikista puristuskokeista. Taulukko 5.1: Testattavien näytekappaleiden lukumäärät Pienet Isot kpl kpl Lempola 6, 7& Saavi Kenttä Kenttä2-6 67

72 5.1.1 Ajan ja sekoitussuhteen vaikutus puristuslujuuteen Stabiloidun saven lujuus kasvaa suoraan verrannollisesti suhteessa kuluneeseen reaktioaikaan ja lisättyyn sementtimäärään (kuvat 5.1 ja 5.2). Lujuuden kehitys ei ole lineaarisia. Perussementillä stabiloidun saven lujuus kasvaa voimakkaimmin stabiloinnin ensimmäisinä päivinä. Sama ilmiö on havaittavissa myös Ruotsin geoteknisen instituutin tutkimuksista (kuva 5.3)(Åhnberg et al. 1995). Ympäristöoppaan 36 Kaatopaikan tiivistysrakenteet mukainen mineraaliselle tiivistyskerrokselle asetettu vaatimus leikkauslujuudesta 50 kn/m 2 täyttyy savella Lempola 6, 7 & 8, kun lisätty sementtipitoisuus on A w 4 % (C w 30,6 kg/m 3 ). Tulos perustuu pienillä koekappaleilla (d = 20 mm) mitattuihin puristuslujuuksiin. Savella Saavi 1 vaatimus täyttyy sekä pienten että isojen (d = 50 mm) koekappaleiden osalta, kun A w 3 % (C w 31,6 kg/m 3 ). Tarkastellut lujuudet ovat pitkän ajan lujuuksia (t =28d), joiden laskennassa on oletettu, että puristuskokeella määritettävä leikkauslujuus s p on puolet kokeessa saavutetusta puristuslujuudesta q u. Näin määritettynä tiivistyskerrokseen käytettävältä materiaalilta vaadittava puristuslujuus on siis q u 100 kpa. Kuvista 5.1 ja 5.2 on jo nähtävissä, että lujuudenkehitystä ei tapahdu pienimmilläsementtilisäyksillä. Stabiloidun saven lujuus ei siis kasva ajanmyötä, mikäli lisätty sideainemäärä on liian pieni. Kuvissa 5.4 ja 5.5 on pyritty määrittämään näytteelle Lempola 6, 7 & 8 se sementtilisäyksen rajapitoisuus tai kynnysarvo, jota suuremmilla määrillä stabiloidun saven lujuus kasvaa ajan myötä. Näytteelle Saavi 1 on laadittu vastaavat kuvaajat (kuvat 5.6 ja 5.7). Saven stabiloituvuus näyttää olevan eksponentiaalista. Molempien näytteiden, sekälempola 6, 7 & 8 ettäsaavi 1, kohdalla sementtimäärän kynnysarvo, jonka jälkeen lisättävän sementtimäärän vaikutus puristuslujuuteen on merkittävä, on noin C w = kg/m 3. 68

73 Lempola 6, 7 & 8, w = 95 % Puristuslujuus q u (kpa) A_w = 5 % A_w = 4 % A_w = 3 % A_w = 2 % A_w = 1 % A_w = 5 %, ka A_w = 4 %, ka A_w = 3 %, ka A_w = 2 %, ka A_w = 1 %, ka A_w = 5 %, ISO A_w = 4 %, ISO A_w = 3 %, ISO A_w = 2 %, ISO A_w = 1 %, ISO Säilytysaika (d) Kuva 5.1: Puristuslujuuden kehitys eri sementtipitoisuuksilla A w Lempola 6, 7 & 8. näytteelle Puristuslujuus q u (kpa) SAAVI 1, w = 58 % A_w = 5 % A_w = 4 % A_w = 3 % A_w = 2 % A_w = 1 % A_w = 0,5 % A_w = 5 %, ISO A_w = 4 %, ISO A_w = 3 %, ISO A_w = 2 %, ISO A_w = 1 %, ISO A_w = 0,5 %, ISO A_w = 5 %, ka A_w = 4 %, ka A_w = 3 %, ka A_w = 2 %, ka A_w = 1 %, ka A_w = 0,5 %, ka Säilytysaika (d) Kuva 5.2: Puristuslujuuden kehitys eri sementtipitoisuuksilla A w näytteelle Saavi 1. Ympyröidyt pisteet on tulkittu virheellisiksi tuloksiksiksi, jotka on jätetty pois keskiarvoja laskettaessa. 69

74 Kuva 5.3: Puristuslujuuden kehitys käytettäessä sideaineina kalkkia, kalkkisementtiäja sementtiä. Sementtiäkäytettäessä stabiloidun massan lujuus kasvaa voimakkaimmin heti sekoittamisen jälkeen noin 25 pä ivän ajan. (Åhnberg et al. 1995) 70

75 Rajapitoisuus, Lempola 6, 7 & 8, w = 95 % Puristuslujuus q u, ka (kpa) d 14 d 7 d 7 d, isot A w (%) Kuva 5.4: Stabiloituvuuden rajapitoisuus näytteelle Lempola 6, 7 & 8 on noin A w =2...3%. Rajapitoisuus, Lempola 6, 7 & 8, w = 95 % Puristuslujuus q u, ka (kpa) d 14 d 7 d 7 d, isot C w (kg/m 3 ) Kuva 5.5: Stabiloituvuuden rajapitoisuus näytteelle Lempola 6, 7 & 8 sementtimääränä maakuutiota kohti on noin C w =20kg/m 3. 71

76 Rajapitoisuus, SAAVI 1, w = 58 % Puristuslujuus q u, ka (kpa) d 28 d, isot 14 d 14 d, isot 7 d 7 d, isot A w (%) Kuva 5.6: Näytteen Saavi 1 stabiloituvuuden rajapitoisuus on noin A w = 1, 5...2%. Seitsemän päivän lujuudet määritettiin isoilla koekappaleilla kaikilla neljällä sideainepitoisuudella, mutta 14 ja 28 päivän lujuudet määritettiin isoilla koekappaleilla ainoastaan sideainepitoisuuksilla A w =3%jaA w =4%. Rajapitoisuus, SAAVI 1, w = 58 % Puristuslujuus q u, ka (kpa) d 28 d, isot 14 d 14 d, isot 7 d 7 d, isot C w (kg/m 3 ) Kuva 5.7: Stabiloituvuuden rajapitoisuus näytteelle Saavi 1 sementtimääränä maakuutiota kohti on noin 20 kg/m 3. 72

77 5.1.2 Näytekoon vaikutus puristuslujuuteen Pienten (d =20mm, h =40mm) koekappaleiden käyttöä stabiloituvuuskokeissa on tutkittu Teknillisen korkeakoulun Pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratoriossa. Osana VTT:n ja Oulun yliopiston käynnistämää tutkimushanketta Tietoverkottunut, 3D-mallinnukseen ja -mittauksiin perustuva pohjavahvistusautomaatio (POHVA), osa 1 Aalto (2006a, b) kehitti pienten koekappaleiden käyttöön perustuvan indeksikoemenetelmän ja vertasi saatuja tuloksia käytössäolleeseen standardikoemenetelmään (d =50mm, h = 100 mm). Pääasiallisena tarkoituksena oli löytää koemenetelmä, joka on suhteellisen nopea ja vaivaton eri sideaineilla ja niiden pitoisuuksilla saavutettavien lujuuksien tutkimiseen. (Aalto 2006a, Aalto 2006b) Koekappaleen koko vaikuttaa puristuskokeista saataviin tuloksiin. Tässä tutkimuksessa isojen koekappaleiden (d =50mm) lujuudet olivatpääosin % vastaavien pienten koekappaleiden (d =20mm) lujuuksista. Isojen ja pienien koekappaleiden puristuslujuuksien suhde on pienimmillään 0,5 ja suurimmillaan 0,94 (liite 4). Suhteen suuri vaihtelu johtuu osittain pienistä rinnakkaiskoemääristä, jolloin yksittäisen kokeen tulos vaikuttaa ratkaisevasti koesarjasta laskettuun keskiarvoon. Seitsemän päivän ikäisinä testattujen erikokoisten koekappaleiden lujuuksien keskiarvot ja näiden suhteet on esitetty taulukossa 5.2. Näytteelle Saavi 1 tehtiin stabiloituvuuskokeista täydet aikasarjat sekäpienillä ettäisoilla näytteilläkahdella eri sementtipitoisuudella A w =3%ja A w =4%. Saadut tulokset on esitetty kuvassa 5.8. Kuvan pisteet ovat kolmen rinnakkaisnäytteen keskiarvoja, joiden laskennassa on jätetty huomioimatta rajusti rinnakkaisnäytteistään poikkeavat yksittäiset tulokset. Aallon tutkimuksissa standardikoementelmällä tehtyjen koekappaleiden (isojen koekappaleiden) lujuudet olivat vain noin 20 % indeksikoemenetelmällä tehtyjen koekappaleiden (pienten koekappaleiden) lujuuksista. Aallon tutkimuksissa indeksikoe- ja standardikoemenetelmäerosivat toisistaan näytekoon lisäksi myös sekoitus- ja tiivistystyön osalta. Pienet koekappaleet olivat rakenteeltaan standardikoemenetelmän koekappaleita homogeenisempia ja niiden tiheys oli suurempi. (Aalto 2006b) Aallon tuloksia on esitetty kuvassa 5.9. Vastaava esitys tämän tutkimuksen tuloksista on kuvassa 5.10, jossa kaikkien näytteiden säilytyslämpötila oli T = C. Aalto on tutkinut pääasiassa paljon suurempia sideainepitoisuuksia kuin mitätässätutkimuksessa on käytetty. Saatuja tuloksia voi kuitenkin verrata keskenään vesi-sementtisuhteiden W/C > 10 osalta. Tässä tutkimuksessa pienten ja isojen näytteiden lujuuksien ero on huomattavasti pienempi kuin Aallon tutkimuksissa. Aalto raportoi koekappaleiden 73

78 lujuuksien suhteen olevan noin q u,ka(isot) /q u,ka(pienet) =0, 2 %, kun nyt keskimääräiseksi lujuuksien suhteeksi saatiin q u,ka(isot) /q u,ka(pienet) =0, 7 %. Aallon tutkimuksissa pienten koekappaleiden lujuudet olivat tämän tutkimuksen vastaavien koekappaleiden lujuuksia suurempia ja isojen koekappaleiden puristuslujuudet jäivä t tä ssä tutkimuksessa saavutettuja lujuuksia pienemmiksi. Aalto (2006b) mainitsee standardimenetelmällä tehtyjen isojen kappaleiden heikomman lujuuden syyksi mm. koekappaleiden kerroksellisuuden, epähomogeenisen rakenteen sekä sideaineen sekoitusmenetelmän. Tämän tutkimuksen isoissa koekappaleissa ei ollut silmämääräisesti havaittavissa kerroksellista rakennetta. Koekappaleisiin oli kuitenkin jäänyt tiivistysmenetelmästä johtuen huomattavasti enemmän ilmakuplia kuin pieniin koekappaleisiin. Tämä näkyi pienten koekappaleiden tiheyksissä, jotka olivat pääosin jonkin verran suurempia kuin isojen koekappaleiden tiheydet (taulukko 5.3). Ilmakuplien aiheuttama epähomogeenisuus pienentää koekappaleen puristuslujuutta. Erilaisista tiivistysmenetelmistäjohtuva pienten koekappaleiden isoja koekappaleita pienempi vesipitoisuus on havaittavissa myös Aallon tekemissä mittauksissa. Pienempi vesipitoisuus vaikuttaa puristuslujuuteen sitä kasvattavasti. Isojen ja pienten koekappaleiden vesipitoisuuksien välillä mitattu ero oli %-yksikköä (taulukko 5.3). Aallon indeksikoekappaleiden huomattavasti suuremmat lujuudet verrattuna nyt mitattuihin pienten koekappaleiden lujuuksiin selittynevät pääosin eri sideaineiden käytöllä. Perus- ja yleissementti ovat hyvin samanlaisia ominaisuuksiltaan, mutta perussementin lujuudenkehitys tapahtuu Aallon käyttämää yleissementtiähitaammin (Finnsementti Oy 2006). Osa lujuuseroista johtunee savien keskenään erilaisista ominaisuuksista Kenttänäytteiden puristuslujuudet Aumoihin kasattu savi stabiloitiin käyttäen sekoitussuhdetta C w =30kg/m 3. Sekälaboratoriossa rakennettujen koekappaleiden (Kenttä1) ettäsuoraan rakenteesta otettujen näytteiden (Kenttä 2) puristuskoetulokset on esitetty kuvassa Kenttänäytteiden puristuslujuuksia on verrattu vastaavalla sementtimäärällä stabiloitujen näytteiden Saavi 1 ja Lempola 6, 7 & 8 puristuslujuuksiin kuvassa Kenttä1 täyttää tiivistysrakenteen puristuslujuusvaatimuksen q u 100 kpa jo stabiloinnista seuraavana päivänä. Kenttä2 -näytteistäkahden lujuus jää vaatimuksen alle. Yleisesti ottaen kenttänäytteet käyttäytyvät samoin kuin laboratoriossa stabiloidut näytteet. Näytteiden lujuus kasvaa stabiloinnista kuluneen ajan myötä ja isojen koekappaleiden puristuslujuudet ovat pääosin pienempiä kuin pien- 74

79 Taulukko 5.2: Pienten ja isojen koekappaleiden puristuskoetuloksia. A w C w W/C Säilytysaika Isot q u, ka % kg/m 3 d kpa kpa Pienet q u, ka q u, ka(pienet) / q u, ka(isot) Lempola 6,7 & ,2 19, ,6 121,2 0,85 Lempola 6,7 & ,6 23,8 7 56,7 73,7 0,77 Lempola 6,7 & ,9 31,7 7 27,4 33,0 0,83 Lempola 6,7 & ,3 47,5 7 11,7 13,0 0,90 Lempola 6,7 & 8 1 7,6 95,0 7 6,8 9,2 0,74 SAAVI ,7 19, ,8 281,5 0,89 SAAVI ,2 23, ,0 196,5 0,72 SAAVI ,6 31,7 7 68,2 98,4 0,69 SAAVI ,1 47,5 7 28,0 50,3 0,56 SAAVI ,5 95,0 7 17,7 23,7 0,74 SAAVI 1 0,5 5,3 190,0 7 9,0 12,3 0,73 Kenttä ,8 191,2 0,86 q u, ka (kpa) Pienten (P) ja isojen (I) koekappaleiden puristuslujuudet (Saavi 1) P (Cw = 52,7 kg/m3) I (Cw = 52,7 kg/m3) P (Cw = 42,2 kg/m3) I (Cw = 42,2 kg/m3) P (Cw = 31,6 kg/m3) I (Cw = 31,6 kg/m3) P (Cw = 21,1 kg/m3) I (Cw = 21,1 kg/m3) P (Cw = 10,5 kg/m3) I (Cw = 10,5 kg/m3) P (Cw = 5,3 kg/m3) P (Cw = 5,3 kg/m3) Säilytysaika (d) Kuva 5.8:Koekappaleen koon vaikutus puristuslujuuteen. Tulokset on laskettu kolmen rinnakkaiskokeen keskiarvona. Laskennasta on jätetty pois räikeimmät poikkeamat. P = pienet koekappaleet, I = isot koekappaleet. 75

80 Taulukko 5.3: Pienten ja isojen koekappaleiden tiheydet ja vesipitoisuudet. Tulokset ovat koko aikasarjasta laskettuja keskiarvoja. Sekoitussuhde Tiheys, Tiheys, Tiheysero, Vesipit. Vesipit. isot (ka) pienet (ka) pienet-isot isot (ka) pienet (ka) Aw w w Vesipit.ero, isot-pienet % kg/m3 kg/m3 kg/m3 % % %-yks. Lempola 6,7 & ,1 89,2 87,4 1,7 Lempola 6,7 & ,4 89,8 87,1 2,3 Lempola 6,7 & ,4 90,9 89,2 1,6 Lempola 6,7 & ,2 89,1 87,7 1,6 Lempola 6,7 & ,1 93,3 90,7 2,1 SAAVI ,4 53,8 52,4 2,5 SAAVI ,9 54,7 53,5 1,9 SAAVI ,9 55,3 53,8 1,2 SAAVI ,6 55,4 54,5 1,2 SAAVI ,7 55,0 53,8 1,2 SAAVI 1 0, ,4 54,8 54,2 1,1 Kenttä ,9 37,3 34,3 3,0 Kenttä , Otaniemi, cement index test, 7d / 23.5 *C index test, 28d / 6*C standard test, 28d / 6*C standard test, 7d / 23.5 *C q, kpa y = 876,08e -0,1708x R 2 =0, w/c, - Kuva 5.9: Koekappaleen koon vaikutus puristuslujuuteen (vrt. kuvaan 5.10). Käytetty sideaine on yleissementti. Koekappaleiden halkaisijat olivat 20 mm (index test) ja 50 mm (standard test). (Aalto 2006b) 76

81 Keskimääräinen puristuslujuus (7 d) vesi sementti-suhteen funktiona q u, ka (kpa) P,SAAVI 1 I, SAAVI 1 P, Lempola 6, 7 & 8 I, Lempola 6, 7 & W/C (-) Kuva 5.10: Koekappaleen koon vaikutus puristuslujuuteen (vrt. kuvaan 5.9). Tulokset on laskettu kolmen rinnakkaiskokeen keskiarvona. Käytetty sideaine on perussementti ja säilytyslämpötila T = C. ten koekappaleiden lujuudet. Kenttänäytteiden laatu on kuitenkin vaihtelevaa (ks. taulukko 4.8 sivulla 42) ja rinnakkaisten koekappaleiden lujuuksien hajonta on selvästi laboratorionäytteitä suurempi. Eniten hajontaa on eri puolilta valmista rakennetta otettujen Kenttä 2 -näytteiden puristuslujuuksissa. Yllättävää kuvan 5.11 tuloksissa on se, ettäkenttä1 -näytteiden osalta 14 päivää vanhojen koekappaleiden puristuslujuudet ovat suurempia kuin 28 päivää vanhojen koekappaleiden. Syynävoi olla koekappaleiden rakenteelliset erot. 28 päivän ikäisiin näytteisiin on voinut jäädä esimerkiksi tiivistystyön tuloksena kerrosrajoja tai muita murtumiselle alttiita pintoja. Kentällä tapahtuvan stabiloinnin epätasaisuudesta johtuen eri koekappaleiden sementtipitoisuudetkin voivat vaihdella. Kenttä 2 -näytteet otettiin kolmesta eri pisteestä eripuolilta stabiloitua kenttää. Rakenteen savi oli stabiloitu eri aikaan kentän eri osiin. Koko stabilointiurakka oli lopetettu 10.8., ja koska näytteistäoli tarkoitus selvittää niiden lujuus noin 28 päivä n ikäisinä, aloitettiin puristuskokeet Myöhemmin kävi kuitenkin ilmi, ettänäytteenottopisteen kaksi kohdalta rakennetta oli korjailtu juuri näytteenottoa edeltävänä päivänä. Näin ollen pisteen kaksi näytteet olivat testattaessa vain noin kahden viikon ikäisiä, kun muiden näytteiden osalta stabiloinnista oli kulunut yli 30 päivää. Lujuusvaatimuksen alittaneet näytteet ovat juuri pisteestä kaksi otetut vain noin kahden viikon ikäiset näytteet (kuvassa 5.11 ympyröidyt pisteet). 77

82 Kenttänäytteiden KENTTÄ 1 ja 2 puristuslujuudet, C w = 30 kg/m 3 Puristuslujuus q u, kpa Kenttä1, p Kenttä1, ISO Kenttä Säilytysaika (d) Kuva 5.11: Kentällä stabiloidun saven puristuslujuus. Molemmat näytteet ovat kentällä stabiloituja, mutta näytteen Kenttä 1 -kohdalla koekappaleet on rakennettu laboratoriossa, kun taas Kenttä 2 -näytteet ovat häiriintymättömiä näytteitä suoraan rakenteesta. Näytteen Kenttä 1 osalta kuvaajaan on piirretty sekä pienten (d = 20 mm) että isojen (d = 50 mm) koekappaleiden lujuudet. Laboratorio- ja kenttänäytteiden vertailu, C w 30 kg/m 3 Puristuslujuus q u, kpa Kenttä 1, pieni Kenttä 1 Saavi 1, 31,6 kg/m3 Lempola 6, 7 & 8, 30,6 kg/m3 Kenttä Säilytysaika (d) Kuva 5.12: Kentällä ja laboratoriossa stabiloitujen näytteiden vertailu (C w 30 kg/m 3 ). Kentällä stabiloidun saven lujuus on pääosin suurempi kuin laboratoriossa stabiloidun saven. 78

83 Kun Kenttä 1 -koekappaleiden puristuslujuuksia verrataan laboratoriossa lähes samalla sekoitussuhteella (C w 30 kg/m 3 ) valmistettujen näytteiden lujuuksiin (kuva 5.12), huomataan, että Kenttä 1 -näytteiden lujuudet ovat koko aikasarjalta suurempia, noin kaksinkertaisia, laboratoriossa stabiloitujen näytteiden lujuuksiin nähden. Näytteenottopisteen kaksi näytteitälukuun ottamatta myös Kenttä 2 -näytteiden puristuslujuudet ovat laboratorionäytteiden lujuuksia suurempia. Kentällä stabiloitujen näytteiden paremmat lujuudet selittyvät suurelta osin kenttänäytteiden laboratoriossa stabiloituja näytteitä pienemmillävesipitoisuuksilla ja suuremmilla tiheyksillä Muodonmuutosmoduuli E 50 Muodonmuutosmoduulia E 50 voidaan käyttää stabiloidun maan painuman määrittämiseen, kun ödometrituloksia ei ole käytettävissä. Usein muodonmuutosmoduulin E 50 oletetaan olevan suoraan verrannollinen leikkauslujuuteen τ f (tai s p ). Tiehallinnon syvästabiloinnin suunnitteluohjeessa kalkkisementtipilarin muodonmuutosmoduulin oletetaan olevan kertainen pilarin leikkauslujuuteen nähden (Tiehallinto 2001). Muodonmuutosmoduuli E 50 voidaan määrittää yksiaksiaalisen puristuskokeen tuloksista kaavalla 5.1. Laskennassa käytettävä aksiaalinen muodonmuutos ε 50% on se muodonmuutos, joka syntyy, kun koekappaletta kuormittava puristusjännitys on puolet koekappaleen puristuslujuudesta (kuva 5.13). E 50 = q u/2 ε 50% (5.1) E 50 on puristusjännitystä q u /2 vastaava muodonmuutosmoduuli [kpa] q u puristuslujuus [kpa] ε 50% puristusjännitystä q u /2 vastaava aksiaalinen muodonmuutos [%] Muodonmuutosmoduuli E 50 pyrittiin määrittämään kaikista Lempolan näytteille tehdyistä puristuskokeista. Osa kokeista oli kuitenkin suoritettu niin, että tarvittava mittausdata kokeen alkupäästä puuttui eikä muodonmuutosmoduulin määrittäminen näin ollen ollut mahdollista. Suurin osa puristuskokeista, joista muodonmuutosmoduulia E 50 ei pystytty määrittämään, oli tehty hyvin pehmeille koekappaleille, joiden stabiloinnissa käytetty sementtimäärä oli 25 kg/m 3. Kuvassa 5.14 on havainnoitu stabiloinnissa käytetyn sementtimäärän vaikutusta muodonmuutosmoduuliin E 50. Kuten puristuslujuuden myös muodonmuutosmoduulin kohdalla saveen sekoitetulla sementtimäärällä näyttää olevan 79

84 Lempola SAAVI 1, A w = 5 %, C w = 52,7 kg/m q u M15 M23 M33 puristusjännitys, q u (kpa) q u / % aksiaalinen muodonmuutos, ε 1 (%) Kuva 5.13: Muodonmuutosmoduulin E 50 laskenta rajapitoisuus tai kynnysarvo, jota suuremmilla sementtimäärillä muodonmuutosmoduulin E 50 arvo alkaa nousta merkittävästi. Sementtimäärän C w kynnysarvo on noin kg/m 3. Kuvaajasta on jätetty pois kahden sementtimäärällä C w =52, 7 kg/m 3 stabiloidun ison puristuskoekappaleen muodonmuutosmoduulit, jotka ylittivät kpa (100 MPa). Kuvan 5.14 pystysuorat pistepylväät muodostuvat puristuskokeiden aikasarjoista. Periaatteessa ylimpänä kussakin pylväässä ovat 28 päivä n ikäiset näytteet ja alimpana yhden ja kolmen päivä nikäiset näytteet. Kynnysarvoa C w = kg/m 3 alemmilla sementtipitoisuuksilla aikasarjat muodostavat hyvin matalia pistepylväitä, mikä tarkoittaa sitä, että vasta kynnysarvoa korkeammilla sementtipitoisuuksilla myös näytteen ikä alkaa vaikuttaa muodonmuutosmoduulin E 50 arvoon. Koekappaleen koon vaikutus muodonmuutosmoduuliin E 50 ei ole saatujen tulosten perusteella täysin yksiselitteinen. Puristuskokeita tehtiin huomattavasti enemmän pienillä näytekappaleilla kuin isoilla, mikäselittääosan pienten koekappaleiden muodonmuutosmoduulien suuresta hajonnasta. Pienimmillä sementtimäärillä isojen koekappaleiden muodonmuutosmoduulit olivat jonkun verran pienten koekappaleiden moduulilukuja suurempia (kuva 5.14). Myös puristuslujuuden q u suhteen isojen puristuskoekappeleiden muodonmuutosmoduulit ovat selkeästi suurempia kuin pienten koekappaleiden moduulit, kun 80

85 q u < 50 kg/m 3 (kuvat 5.15, 5.16 ja 5.17). Absoluuttisesti suurimmat moduuliluvut määritettiin isoista koekappaleista; kaikkiaan neljän näytteen E 50 oli suurempi kuin kpa. Kuvaajissa näkyy ainoastaan tulokset, joissa muodonmuutosmoduuli E 50 < kpa. Puristuslujuus muodonmuutosmoduuli-tarkastelussa sekäsuurimmat ettäpienimmät muodonmuutosmoduulit välillä q u = kpaovat pienilläkoekappaleilla, mikäli tarkastelusta jätetään pois neljä suurinta muodonmuutosmoduuli arvoa. Isojen koekappaleiden muodonmuutosmoduulien hajonta on siis pienempi kuin pienten koekappaleiden, mikä näkyy myös trendiviivojen sovituksessa; ainoastaan laboratoriossa stabiloitujen isojen koekappaleiden trendiviivan korrelaatiokerroin R 2 on yli 0,9 (kuva 5.16). Kuvaajien 5.15, 5.16 ja 5.17 trendiviivojen sovituksessa ei ole huomioitu muodonmuutosmoduuleita E 50 > kpa. Trendiviivojen perusteella isojen koekappaleiden muodonmuutosmoduulit ovat puristuslujuuden suhteen suurempia kuin pienten koekappaleiden muodonmuutosmoduulit. Koekappaleen koko vaikuttaa sen puristuslujuuteen siten, että samalla sideainemäärällä stabiloiduista koekappaleista pienten koekappaleiden puristuslujuudet ovat suurempia kuin isojen koekappaleiden. Tarkasteltaessa puristuslujuuksiltaan samanlaisia koekappaleita, on pienet koekappaleet stabiloitu pienemmällä sementtimäärällä. Puristuslujuuksiltaan samanlaisten pienten ja isojen kappaleiden materiaaliominaisuudet ovat siis erilaiset, mikä vaikuttanee myös muodonmuutosmoduulien arvoon. Osa muodonmuutosmoduulin E 50 riippuvuudesta koekappaleen koosta johtunee koekappaleiden erilaisista sideainemääristä. Olettaen, että stabiloidun saven leikkauslujuus on s p = q u /2, voidaan kuvien 5.15, 5.16 ja 5.17 trendiviivojen perusteella sanoa, että laboratoriossa stabiloitujen näytteiden muodonmuutosmoduuli E 50 on noin kertainen niiden leikkauslujuuteen nähden. Tämä on huomattavasti suurempi kuin Tiehallinnon esittämä kerroin kalkkisementtipilarille. Sen sijaan rakenteesta otettujen kenttänäytteiden kohdalla E τ f (kuva 5.15, näyte Kenttä 2) Yhteenveto puristuskoetuloksista Stabiloituvuus riippuu stabiloitavan saven ominaisuuksista. Kahdelle laboratoriossa stabiloidulle savinäytteelle, Lempola 6, 7 & 8 ja Saavi 1, määritetty sementin rajapitoisuus, jota suuremmilla sementtilisäyksillästabiloidun saven lujuus kasvaa ajan myötä, on noin C w =20kg/m 3. Tämä vastaa kummankin saven kohdalla vesi sementti-suhdetta W/C 30. Koekappaleen koko vaikuttaa puristuslujuuteen. Isojen koekappaleiden 81

86 E 50 -muodonmuutosmoduuli 1 28 d E 50 (kpa) Saavi 1 (I) Saavi 1 (P) Lempola 6, 7 & 8 (I) Lempola 6, 7 & 8 (P) Kenttä 1 (I) Kenttä 1 (P) Kenttä C w (kg/m 3 ) Kuva 5.14: Sementtimäärän C w vaikutus muodonmuutosmoduuliin E 50. Pystysuorat pisteryhmät kuvaavat kukin tietyllä sideainemäärällä stabiloitujen puristuskoekappaleiden sarjaa. Koekappaleiden lujittumisaika vaihtelee välillä 1 28 päivää. E 50 (kpa) E 50 -muodonmuutosmoduuli 1 28 d Laboratorionäytteet y = 146,51x R 2 = 0,7488 Kenttä 1 (I) y = 122,37x R 2 = 0,7007 Kenttä 2 y = 61,81x R 2 = 0, q u (kpa) Saavi 1 (I) Saavi 1 (P) Lempola 6, 7 & 8 (I) Lempola 6, 7 & 8 (P) Kenttä 1 (I) Kenttä 1 (P) Kenttä 2 Laboratorionäytteet Kenttä 1 (I) Kenttä 2 Kuva 5.15: Puristuslujuuden q u ja muodonmuutosmoduulin E 50 suhde 1 28 päivän ikäisillä näytteillä. Trendiviivojen sovittamiseen ei ole otettu mukaan havaintoja E 50 > kpa. I viittaa isoihin kokappaleisiin ja P vastaavasti pieniin. 82

87 E 50 (kpa) Lab. (I) y = 204,77x R 2 = 0,9109 E 50 -muodonmuutosmoduuli 1 28 d Laboratorionäytteet y = 146,51x R 2 = 0,7488 Lab. (P) y = 135,4x R 2 = 0, q u (kpa) Saavi 1 (I) Saavi 1 (P) Lempola 6, 7 & 8 (I) Lempola 6, 7 & 8 (P) Kenttä 1 (I) Kenttä 1 (P) Kenttä 2 Laboratorionäytteet Lab (P) Lab. (I) Kuva 5.16: Puristuslujuuden q u muodonmuutosmoduulin E 50 suhde 1 28 päivän ikäisillä näytteillä. Trendiviivojen sovittamiseen ei ole otettu mukaan havaintoja E 50 > kpa. I viittaa isoihin kokappaleisiin ja P vastaavasti pieniin. E 50 -muodonmuutosmoduuli 7 d E 50 (kpa) y = 158,18x R 2 = 0,8294 Saavi 1 (I) Saavi 1 (P) Lempola 6, 7 & 8 (I) Lempola 6, 7 & 8 (P) Kenttä 1 (I) Kenttä 1 (P) Lin. (trendi) q u (kpa) Kuva 5.17: Puristuslujuuden q u ja muodonmuutosmoduulin E 50 suhde seitsemän päivän ikäisillä näytteillä. Trendiviivojen sovittamiseen ei ole otettu mukaan havaintoja E 50 > kpa. I viittaa isoihin kokappaleisiin ja P vastaavasti pieniin. 83

88 E 50 -muodonmuutosmoduuli 28 d E 50 (kpa) y = 154,5x R 2 = 0,8541 Saavi 1 (I) Saavi 1 (P) Lempola 6, 7 & 8 (P) Kenttä 1 (I) Kenttä 1(P) Kenttä 2 Laboratorionäytteet q u (kpa) Kuva 5.18: Puristuslujuuden q u ja muodonmuutosmoduulin E 50 suhde 28 päivä n ikäisillä näytteillä. I viittaa isoihin kokappaleisiin ja P vastaavasti pieniin. (d = 50 mm) puristuslujuus q u on keskimäärin noin 70 % pienten koekappaleiden (d = 20 mm) puristuslujuudesta. Puristuskoetulosten perusteella nyt tutkituista stabiloiduista savista kaikki täyttävät Ympäristöoppaan 36 mineraaliselle tiivistysrakenteelle annetun leikkauslujuusvaatimuksen 50 kn/m 2, kun ne stabiloidaan sementtimäärällä C w 35 kg/m 3. Määrässä on otettu huomioon koekappaleen koon vaikutus puristuskoetuloksiin niin, että lujuusvaatimus täyttyy tällä sementtimäärällä myös käytettäessä isoja (d = 50 mm) koekappaleita. Työmaalla stabiloinnin jälki on epätasaisempaa kuin laboratorio-olosuhteissa. Työmaalla stabiloitu savi on rakenteeltaan epähomogeenista ja sen vesipitoisuus-, tiheys- ja lujuusominaisuudet vaihtelevat laboratoriossa stabiloituja näytteitä enemmän. Tässä tutkimuksessa kentällä stabiloitujen savien puristuslujuudet olivat kahta poikkeusta lukuun ottamatta huomattavasti vastaavien laboratoriossa stabiloitujen näytteiden lujuuksia suuremmat. Tämä johtuu mm. kentällä stabiloitujen savien pienemmistä vesipitoisuuksista ja suuremmista tiheyksistä. Kentällä stabiloitu savi tiivistyi laboratoriossa stabiloituja savia paremmin. Näytteen muodonmuutosmoduulin E 50 arvo alkaa nousta merkittävästi sekä ajan että lisättävän sementtimäärän myötä, kun stabiloinnissa saveen lisättä- 84

89 vä sementtimäärä on yli kg/m 3. Absoluuttisesti suurimmat muodonmuutosmoduulin arvot määritettiin isojen koekappaleiden puristuskoetuloksista (d =50mm). Muodonmuutosmoduuli puristuslujuus-tulosten hajonta on suurta etenkin pienilläkoekappaleilla (d =20mm). Puristuskoetuloksista määritetyn muodonmuutosmoduulin E 50 suhde leikkauslujuuteen s p on noin laboratoriossa stabiloiduille näytteille (kaava 5.2). Stabiloidusta rakenteesta otetuille näytteille (Kenttä 2) E 50 /s p on noin 120 (kaava 5.3), mikä vastaa hyvin Tiehallinnon syvästabiloinnin suunnitteluohjeen arviota, jossa kalkkisementtipilarin muodonmuutosmoduulin oletetaan olevan kertainen pilarin leikkauslujuuteen nähden (kaava 5.4) (Tiehallinto 2001). E 50 = τ f (5.2) E 50 = 120 τ f (5.3) E 50 = τ f (5.4) 85

90 5.2 Vedenläpäisevyys Ödometrikokeet Näytteiden vedenläpäisevyyttä tutkittiin sekä joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla että ödometrikokeen yhteydessä. Ödometrikokeita tehtiin määrällisesti enemmän kuin vedenläpäiseyvyysmäärityksiä joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla ödometrikokeen lyhyemmän keston takia. Kaikissa kokeissa pyrittiin käyttämään samaa ödometrilaitetta. Ödometrikokeet on listattu taulukkoon 5.4. Tämän diplomityön puitteissa tehtyjen kokeiden lisäksi käytössäoli Lempolan työmaan ulkopuolisena laadunvalvojana toimineen Sito Oy:n teettämien ödometrikokeiden tuloksia. Näitä olivat näytteen Lempola 6, 7 & 8 alkuperäissavien, näytteiden 6, 7 ja 8, kunkin erikseen määritetyt vedenläpäisevyydet sekäosa kenttänäytteistä( Rakenteesta sekä Märkä ). Näytteet Rakenteesta ja Märkä ovat näytteen Kenttä 1 tapaan häirittyjänäytteitätyömaalla stabiloiduista savista. Näyte Rakenteesta oli savesta, joka oli levitetty osaksi kaatopaikan tiivistysrakennetta. Näyte Märkä otettiin stabilointiaumasta, jonka saven vesipitoisuus vaikutti korkealta. Ödometrikokeet pyrittiin ajoittamaan niin, että niistä saadut vedenläpäisevyystulokset ovat vertailukelpoisia joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteella määritettyjen vedenläpäisevyyksien kanssa. Ödometrikokeet aloitettiin 28 päivää näytteiden stabiloinnin jäkeen. Ajan vaikutusta stabiloidun näytteen vedenläpäisevyyteen tutkittiin määrittämällä kahden näytteen vedenläpäisevyys sekäseitsemän että28 päivä n ikäisenä. Stabiloimattomien näytteiden osalta näytteen säilytysajalla ei katsottu olevan merkitystä näytteen vedenläpäisevyyteen. Laboratoriossa stabiloidut ödometrinäytteet säilytettiin veden alla. Työmaalla stabiloitujen kenttänäytteiden osalta ödometrikokeissa noudatettiin kohteen ulkopuolisen laadunvalvojan toimeksiantoja ja kokeet aloitettiin heti näytteenotosta seuraavana päivänä. Rakenteesta putkinäyteenottimella otetun näytteen Kenttä 2 ödometrikoe aloitettiin, kun saven stabiloinnista oli kulunut vähintään 28 päivää. Kaikkien ödometrinäytteiden säilytysajat on merkitty taulukkoon 5.4. Stabiloidun näytteen Saavi 1 ödometrikokeissa vedenläpäisevyys on mitattu kaikissa kokeissa kuormitusportailla 30,8; 61,7; 123; 246 sekä 492 kpa. Samoja kuormitusportaita käytettiin myös Kenttä 2 -näytteen ödometrikokeessa. Stabiloimattomien Saavi 1 -näytteiden vedenläpäisevyys määritettiin toisessa kokeessa myös portaalla 15,4 ja toista koetta pidennettiin kuormitusportaille 86

91 492 ja 984 kpa. Kenttä1 -näytteiden sekänäytteen Lempola 6, 7& 8 kohdalla on käytetty muita kuormitusportaita. Vedenläpäisevyys määritettiin kullakin kuormitusportaalla Taylorin aika painuma-kuvaajan mukaisen primaarisen konsolidaatiopainuman päättymisen jälkeen. Ödometrikokeet toteutettiin pääosin kesällä ja syksyllä vuonna Kolme ödometrikoetta tehtiin vuotta myöhemmin kesällä Tuolloin toistettiin kaksi osin epäonnistunutta koetta näytteelle Saavi 1 (stabiloimaton ja C w =52,7 kg/m 3 ) sekämääritettiin stabiloimattoman näytteen Lempola 6, 7 & 8 vedenläpäisevyys ja painumaominaisuudet. Näytteitä säilytettiin talven yli kylmähuoneessa (T = 6 C) muovin alla. Ennen koekappaleiden valmistamista näytteet häirittiin sekoittamalla savi säilytysastiassa. Taulukko 5.4: Ödometrilaitteella määritetyt vedenläpäisevyydet Lempolan saville Sideainepitoisuus Sideainemäärä Säilytysaika A w % kg/m 3 Lempola 6, 7 &8 L 5 38,2 7d L 4 30,6 7d L, stabiloimaton ei säilytystä stabiloimaton 6 ei säilytystä stabiloimaton 7 ei säilytystä stabiloimaton 8 ei säilytystä Saavi 1 S1 5 52,7 28 d S1 4 42,2 7dja 28 d S1 3 31,6 28 d S1 2 21,1 7dja 28 d S1, stabiloimaton ei säilytystä S1, stabiloimaton ei säilytystä Kenttä d Rakenteesta 30 4d Märkä 30 1d Kenttä 2 30 >30 d C w 87

92 5.2.2 Joustavaseinäinen vedenläpäisevyyslaitteisto Joustavaseinäiselllä vedenläpäisevyyslaitteistolla määritettiin yhteensä viiden koekappeleen vedenläpäisevyys: neljä Saavi 1 -näytettä stabiloituna sementtimäärillä (C w ) 52,7; 42,2; 31,6 ja 21,1 kg/m 3 sekä yksi Kenttä 1 -näyte (C w 30 kg/m 3 ). Käytettävissä oli yksi selli, joten kolmen viikon pituisia kokeita voitiin tehdävain hyvin rajallinen määrä. Täydelliset koeraportit kustakin kokeesta ovat liitteessä5. Koska joustavaseinäinen vedenläpäisevyyslaitteisto otettiin käyttöön vasta tämän diplomityön yhteydessä, teetettiin sideainemäärällä 31,6 kg/m 3 stabiloidusta näytteestäsaavi 1 rinnakkaiskoe Ramboll Finland Oy:n laboratoriossa Luopioisissa. Rinnakkaiskokeen tulokset ovat myös liitteessä5. Näytteen vedenläpäisevyysarvo k määritettiin koekappaleeseen virranneen veden määrästä (menovesi) kolmeviikkoisen kokeen neljän viimeisen päivän mittaustulosten keskiarvona. Viimeisissä mittaustuloksissa tapahtuneita suuria poikkeamia ei ole otettu huomioon keskiarvon laskennassa. Viimeisessä mittausvaiheessa käytetyt selli-, etu- ja takapaine olivat 210, 170 ja 140 kpa. Tehokas sellipaine oli 55 kpa ja hydraulinen gradientti i välillä , riippuen koekappaleen korkeudesta. Näytteiden tilavuudet, massat ja vesipitoisuudet on määritetty sekä ennen koetta että kokeen jälkeen. Ennen koetta määritetty vesipitoisuus on koekappaleen muotoilussa yli jääneestä massasta määritetty vesipitoisuus. Kuivairtotiheys on määritetty vesipitoisuuden ja koekappaleen tiheyden avulla kaavalla 5.5. ρ d = ρ 1+w (5.5) ρ d on kuivairtotiheys [kg/m 3 ] ρ tiheys [kg/m 3 ] w vesipitoisuus [-] Sementtimäärän vaikutus saven vedenläpäisevyyteen Näytteiden vedenläpäisevyydet irtotiheyden suhteen on esitetty erikseen näytteille Saavi 1 ja Lempola 6, 7 & 8 kuvissa 5.19 ja Pelkät joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteella määritetyt tulokset on koottu kuvaan 5.21 ja ödometritulokset kuvaan Kenttänäytteiden tulokset käsitellään kappaleessa Näytteiden nimissäoleva tunnus J viittaa joustavaseinäiseen 88

93 vedenläpäisevyyslaitteistoon ja tähti ( ) vuoden 2008 puolella tehtyihin kokeisiin. Näytteiden Saavi 1 ja Lempola 6, 7 & 8 stabilointi pienillä sementtimäärillä ei vaikuta juurikaan näytteiden vedenläpäisevyysarvoihin (kuvat 5.19 ja Lähes kaikkien Lempolasta otettujen näytteiden Saavi 1, Lempola 6, 7 & 8 sekä kenttänäytteiden määritetyt vedenläpäisevyydet ovat suuruusluokkaa k = m/s (kuva 5.22). Poikkeuksen tekevät ödometrinäytte S1, 52,7 kg/m 3, jonka koetulos on todennäköisesti virheellinen, näyte K2, 30 d sekä laboratoriossa rakennettu joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla testattu näyte K1, 30 kg/m 3,J (kuva 5.21). Jos näytteet S1, stabiloimaton ja S1, stabiloimaton edustavat vedenläpäisevyyden luontaista hajontaa, niin stabiloitujen näytteiden vedenläpäisevyystulokset ovat pääosin tämän hajonnan rajoissa (kuva 5.19). Esimerkiksi kuivairtotiheydessä1,200 g/cm 3 (1200 kg/m 3 ) stabiloitujen näytteiden vedenläpäisevyydet ovat stabiloimattomien näytteiden vedenläpäisevyyksien välissä. Näytteen S1, stabiloimaton vedenläpäisevyyskäyrän muoto poikkeaa merkittävästi muiden näytteiden kuvaajista ja tulokset ovat huonosti sovitettavissa sekä Taylorin että HUT:in vedenläpäisevyysmalleihin (ks. kuvat 5.23 ja 5.24) (Ravaska & Aalto 2003). Jos näytteen tulokset tulkitaan epäluotettaviksi, ovat stabiloitujen näytteiden vedenläpäisevyydet hieman stabiloitujen näytteiden vedenläpäisevyyksiä suuremmat tarkasteltavassa kuivairtotiheydessä. Tämä toteutuu sekä näytteellä Saavi 1 (kuva 5.19) että näytteellä Lempola 6, 7 &8(kuva 5.20). Ödometri ei anna luotettavia tuloksia vedenläpäisevyydestä, kun näytteen stabiloinnissa käytetty sideainemäärä on yli 30 kg/m 3 ja näytettä säilytetään renkaassa 28 päivän ajan ennen koetta. Tähän viittaa sementtimäärällä C w = 52,7 kg/m 3 stabiloitu Saavi 1 -näyte, jonka vedenläpäisevyys on joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteella määritettynä merkittävästi pienempi kuin missään vaiheessa ödometrikoetta (kuva 5.19). Vaikka näytteen tiheys kasvaa ödometrikokeen aikana, sen vedenläpäisevyysarvo jää suuremmaksi kuin Lempolan pohjarakenteelle asetettu vaatimus k m/s. Joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla saman näytteen vedenläpäisevyys on k = 3, m/s. On todennäköistä, että ödometrikokeessa vesi kulkee näytteen ja ödometrirenkaan välistä. Kuten ödometrikokeen vedenläpäisevyystuloksiin, myös joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla määritettyihin vedenläpäisevyyksiin sementtimäärän vaikutus on ollut vähäinen (kuva Toisin kuin ödometrituloksissa, sementtimäärällä C w = 52,7 kg/m 3 stabiloidun näytteen Saavi 1 vedenläpäisevyysarvo on pienin joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla määritetyistä vedenläpäisevyyksistä (k = 3, m/s). Laboratoriossa stabiloi- 89

94 duista näytteistä suurin vedenläpäisevyys on näytteellä S1, 31,6 kg/m 3, J, jonka vedenläpäisevyysarvo on k = 6, m/s). Laitteistolla ei testattu stabiloimattoman näytteen vedenläpäsevyyttä, koska häiritystä savesta tehdyn koekappaleen ei uskottu pysyvän kasassa niin, ettävedenläpäisevyys olisi voitu kappaleesta määrittää. Kuvasta 5.19 voidaan havaita, ettälaboratoriossa stabiloiduille näytteille joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla määritetty vedenläpäisevyysarvo k on pienempi kuin ödometrilaitteistolla mitattu k vastaavassa kuivairtotiheydessä. Tosin, koekappaleiden tiheyksien määrittäminen joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla koestetuista näytteistä on paljon likimääräisempää kuin ödometrinäytteistä. Yleisesti ottaen eri sementtimäärillä stabiloitujen näytteiden vedenläpäisevyydet poikkeavat toisistaan sekäödometrituloksissa ettäjoustavaseinäisellä laitteistolla määritetyissä tuloksissa niin vähän, että on mahdoton sanoa, johtuvatko erot näytteiden stabiloinnista vai näytekappaleiden epähomogeenisuuksista. Todennäköisesti näytekappaleisiin mahdollisesti jääneet ilmakuplat ovat vaikuttaneet tuloksiin enemmän kuin stabiloinnissa käytetyn sideainemäärät. Suurin ödometrikokeissa havaittava ero stabiloitujen ja stabiloimattomien näytteiden välillä on näytteiden kokoonpuristumisessa. Stabiloitujen näytteiden kuivairtotiheys muuttuu kokeen aikana vähemmän kuin stabiloimattomien näytteiden kuivairtotiheys Stabiloitujen savien soveltuvuus Lempolan eristysrakenteeseen Joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla koestetuista neljästä laboratoriossa stabiloidusta näytteestä kolmen näytteen vedenläpäisevyysarvo on pienempi kuin Lempolan kaatopaikan pohjarakenteelle asetettu vaatimus k = 6, m/s. Näytteen S1, 31,6 kg/m 3, J vedenläpäisevyysarvo (k = 6, m/s) on vain hieman vaatimusta suurempi (kuva 5.21). Ödometritulosten tulkintaa häiritsee useissa kokeissa todennäköisesti näytteen ja ödometrirenkaan välistä virrannut vesi; useiden näytteiden vedenläpäisevyysarvot ovat liian suuria kokeen alussa. Vedenläpäisevyysvaatimus k = 6, m/s täyttyy ödometrikokeessa stabiloidulla näytteelläsaavi 1, kun näytteen kuivairtotiheys ρ d on noin 1, 150 g/cm 3 (1150 kg/m 3 )ja pystyjännitys σ 1 noin 130 kpa. Stabiloidulla näytteellä Lempola 6, 7 & 8 ödometritulosten hajonta on suurempaa. Stabiloimaton näyte ( L, stabiloimaton ) täyttää vedenläpäisevyysvaatimuksen jo kuivairtotiheydessä 0, 700 g/cm 3 (700 kg/m 3 ), mutta sta- 90

95 Vedenläpäisevyys, Saavi 1 (S1) k (m/s) 1,0E-11 1,0E-10 1,0E-09 1,0E-08 1,000 S1, stabiloimaton S1*, stabiloimaton S1*, 52,7 kg/m3 S1, 42,2 kg/m3 S1, 31,6 kg/m3 S1, 21,1 kg/m3 S1, 52,7 kg/m3, J S1, 42,2 kg/m3, J S1, 31,6 kg/m3, J S1, 21,1 kg/m3, J 1,100 1,200 1,300 1,400 1,500 1,600 1,700 Kuivairtotiheys, d (g/cm 3 ) Kuva 5.19: Näytteen Saavi 1 vedenläpäisevyys. Joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla määritetyt vedenläpäisevyydet on merkitty kirjaimella J. Tähdellä ( ) merkityt kokeet on tehty vuonna Vedenläpäisevyys, Lempola 6, 7 & 8 (L) 1,0E-11 1,0E-10 1,0E-09 1,0E-08 k (m/s) 0,600 0,700 L, 38,2 kg/m3, 7 d L, 30,6 kg/m3, 7 d L*, stabiloimaton stabiloimaton 6 stabiloimaton 7 stabiloimaton 8 0,800 0,900 1,000 1,100 1,200 1,300 1,400 1,500 Kuivairtotiheys, d (g/cm 3 ) Kuva 5.20: Näytteen Lempola 6, 7 & 8 vedenläpäisevyys. Tähdellä ( ) merkityt kokeet on tehty vuonna

96 biloiduista näytteistä ensimmäinen vasta kuivairtotiheydessä 0, 875 g/cm 3 (875 kg/m 3 ) ja toinen, kun ρ d 1, 010 g/cm 3 (1010 kg/m 3 ). Sementtimäärillä 50 kg/m 3 stabiloitu savi täyttää asetetun vedenläpäisevyysvaatimuksen, mikäli sama savi täyttää vaatimuksen stabiloimattomana ja stabiloitu savi pystytään tiivistämään tarvittavaan kuivairtotiheyteen. Tiivistämiseen vaikuttaa saven plastisuus. Jos savi on plastista, sitä on vaikea tiivistää. Jos savi on lähellä kiinteää konsistenssia (w/w p 1), sen tiivistäminen helpottuu. Näytteen Saavi 1 konsistenssi muuttuu lähelle kiinteää, kun näyte stabiloidaan sementtimäärällä 40 kg/m 3 (ks. 5.3 kuva 5.31). Näytteen Lempola 6, 7 & 8 konsistenssi ei muuttunut lähelle kiinteää käytetyillä sideainemäärillä. Stabiloidun pohjarakenteen mallintamisen kannalta laboratoriossa stabiloitujen näytteiden ödometrikokeet on tehty väärällä aikataululla. Stabiloidun saven rakenne rikotaan ja savi tiivistetään työmaalla pohjarakenteeksi päivän kuluttua saven stabiloinnista. Ödometrikokeissa näytteen tiivistys on aloitettu vasta 28 päivää stabiloinnin jälkeen. Jotta koe vastaisi paremmin rakentamista, tulisi se aloittaa stabiloiduilla näytteillä aikaisemmin ja lähempänä stabiloinnin ajankohtaa. Kenttänäytteiden kohdalla kokeiden aikataulutus on vastannut työmaaolosuhteita paremmin. Vedenläpäisevyys, Saavi 1 (S1) ja Kenttä 1 (K1) 1,00E-10 1,00E-09 1,00E-08 k (m/s) 1,000 S1, 52,7 kg/m3, J S1, 42,2 kg/m3, J 1,050 S1, 31,6 kg/m3, J S1, 21,1 kg/m3, J K1, 30 kg/m3, J 1,100 1,150 1,200 Kuivairtotiheys, d (g/cm 3 ) 1,250 1,300 Kuva 5.21: Joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla määritetyt vedenläpäisevyydet. Harmaiden pisteiden kuivairtotiheydet on määritetty vedenläpäisevyyskokeen jälkeisistämittaustuloksista, valkoisten pisteiden kuivairtotiheyden on laskettu mittaustuloksista ennen koetta. 92

97 Vedenläpäisevyys, ödometritulokset k (m/s) 1,0E-11 1,0E-10 1,0E-09 1,0E-08 0,700 0,800 0,900 1,000 1,100 1,200 1,300 Kuivairtotiheys, d (g/cm 3 ) 1,400 1,500 1,600 1,700 L, 38,2 kg/m3, 7 d L, 30,6 kg/m3, 7 d L*, stabiloimaton L, stabiloimaton 6 L, stabiloimaton 7 L, stabiloimaton 8 K1, 1 d Märkä, 1 d Rakenteesta, 4 d K2, >30 d S1, stabiloimaton S1*, stabiloimaton S1*, 52,7 kg/m3, 28d S1, 42,2 kg/m3, 28 d S1, 31,6 kg/m3, 28d S1, 21,1 kg/m3, 28d Kuva 5.22: Näytteiden Saavi 1, Lempola 6, 7 & 8 sekä kenttänäytteiden ödometrilaitteella määritetyt vedenläpäisevyydet samassa kuvaajassa 93

98 5.2.5 Ödometrilaitteistolla määritettyjen vedenläpäisevyystulosten sovitus Taylorin ja HUT:n vedenläpäisevyysmalleihin Näytteen Saavi 1 ödometritulokset on sovitettu sekä Taylorin vedenläpäisevyysmalliin että HUT-malliin (kuvat 5.23 ja 5.24). Sovitusten korrelaatiokertoimet (R 2 ) sekä laskennalliset luonnontilaiset vedenläpäisevyydet (k 0 ), kun näyte ei ole vielä konsolidoitunut, on esitetty taulukossa 5.5. Useimpien sovitusten laskennassa on jätetty huomioimatta ensimmäisen kuormitusportaan vedenläpäisevyystulokset, koska vettä on virrannut näytteen ja ödometrirenkaan välistä. Stabiloitujen näytteiden osalta korrelaatiokertoimet ovat paremmat Taylorin mallissa kuin HUT-mallissa. Stabiloimattomallenäytteelle S1, stabiloimaton HUT-mallin korrelaatiokerroin on suurempi kuin Taylorin mallin. Taulukko 5.5: Näytteen Saavi 1 luonnontilaiset vedenläpäisevyyskertoimet (k 0 ) ja korrelaatiokertoimet (R 2 ) Taylorin kuva 5.23) ja HUT:n vedenläpäisevyysmallien mukaan (kuva 5.24) Taylorin malli HUT-malli k 0 R 2 k 0 R m/s m/s - S1, stabiloimaton 6,85 0,9851 5,53 0,9887 S1, stabiloimaton 7,85 0,9655 S1, 52,7 kg/m 3 S1, 42,2 kg/m 3 7,36 0,9937 7,30 0,9922 S1, 31,6 kg/m 3 8,80 0,9907 8,53 0,9874 S1, 21,1 kg/m 3 10,58 0, ,02 0, Ajan vaikutus stabiloidun näytteen vedenläpäisevyyteen Sideainemäärillä C w = 42, 2 kg/m 3 ja C w = 21, 1 kg/m 3 stabiloidun saven Saavi 1 vedenläpäisevyys määritettiin ödometrikokeella sekä 7 että 28 päivän ikäisille näytteille (kuva 5.25). Kaikissa neljässä kokeessa käytettiin samoja kuormitusportaita. Pienen koemäärän perusteella säilytysajan vaikutusta vedenläpäisevyyteen on vaikea arvioida. Sideainemäärällä C w = 21, 1 kg/m 3 7päivännäytteen vedenläpäisevyys ensimmäisillä kuormitusportailla on pienempi kuin 28 päivä nnäyt- teen vedenläpäisevyys. Kokeen viimeisilläkuormitusportailla, 246 ja 492 kpa, 94

99 Taylorin malli: = A * ln k + B, Saavi 1 (S1) k (m/s) 1,00E-11 1,00E-10 1,00E-09 1,00E-08 0 S1, stabiloimaton S1*, stabiloimaton S1*, 52,7 kg/m3 S1, 42,2 kg/m3 S1, 31,6 kg/m3 S1, 21,1 kg/m Suhteellinen kokoonpuristuvuus (%) 40 Kuva 5.23: Näytteen Saavi 1 ödometritulosten sovitus Taylorin vedenläpäisevyysmalliin HUT-malli: k = k 0 *(1- ), Saavi 1 (S1) k (10-10 m/s) S1, stabiloimaton S1*, stabiloimaton S1, 42,2 kg/m3 S1, 31,6 kg/m3 S1, 21,1 kg/m ,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 Suhteellinen kokoonpuristuvuus 1- (-) Kuva 5.24: Näytteen Saavi 1 ödometritulosten sovitus HUTvedenläpäisevyysmalliin 95

100 näytteiden vedenläpäisevyydet ovat likimain yhtäsuuret, vaikka 7 päivä nnäy- te on painunut enemmän ja sen kuivairtotiheys on 28 päivä nnäytettäsuurem- pi. Sideainemäärällä C w = 42, 2 kg/m 3 7päivännäyte painuu kokeen aikana kasaan niin ikään enemmän kuin 28 päivän näyte, mutta 28 päivän näytteen vedenläpäisevyys on koko kokeen ajan pienempi kuin 7 päivä nnäytteen. Mikäli sementtiä on näytteessä riittävästi, ajalla voi olla vedenläpäisevyyttä pienentävä vaikutus. Syy on sementin reagoidessa syntyvissä stabiloitua massaa kovettavissa reaktiotuotteissa, jotka täyttävät stabiloidun maan huokostilaa ja hidastavat veden virtausta stabiloidun massan läpi. Mikäli sementtiä ei ole riittävästi stabiloidussa massassa, syntyneiden reaktiotuotteiden määrä muuttuu ajan myötävain vähän, eikä vaikutusta massan vedenläpäisevyyteen havaita. Tehtyjä päätelmiä ja havaintoja tukee tutkimusryhmän Chew et al. (2004) koetulokset. Chew et al. tutkivat singaporelaisen merellisen saven vedenläpäisevyyttä ödometrilaitteistolla. Stabiloidun saven vedenläpäisevyys ja huokoisuus kasvoivat verrattuna saven alkutilaan. Stabiloiduista näytteistä7 päivän ikäisten näytteiden vedenläpäisevyys oli suurempi kuin 28 päivä n ikäisten näytteiden. Toisaalta, Hassanin et al. (2007) tekemissä vastaavissa vedenläpäisevyysmäärityksissä säilytysajan vaikutus ei ollut yksiselitteinen, vaan 7 päivää vanhan näytteen vedenläpäisevyys oli toisinaan suurempi ja toisinaan pienempi kuin 28 päivää vanhan vedenläpäisevyys, riippuen kuormitusportaasta. Ajan ( päivään) vaikutus stabiloidun saven vedenläpäisevyysarvoihin jää käytetyillä sideainemäärillä hyvin pieneksi. Ödometrikokeessa ajan vaikutus näkyy pikemminkin näytteen kokoonpuristuvuudessa kuin määritetyissä vedenläpäisevyyksissä 28 päivän näytteillä saavutetaan suurin piirten samat vedenläpäisevyydet kuin 7 päivän näytteillä, mutta 7 päivän näytteet puristuvat enemmän kasaan kuin 28 päivän näytteet. Sideainemäärillä 20 kg/m 3 ajan vaikutus kokoonpuristuvuuteenkin jää todennäköisesti merkityksettömäksi, koska lujuudenkehitystäkään ei havaita tätä pienemmilläsideainemäärillä. Vedenläpäisevyyden määrittämisen kannalta stabiloidun saven ödometrikoe on parempi aloittaa vain muutamia päiviä stabiloinnin jälkeen. Mikäli näyte kovettuu renkaassa useita päiviä, näytteen muodonmuutokset ödometrikokeessa jäävät pieniksi ja ödometrirenkaan ja näytteen väliin mahdollisesti jääneet vettä johtavat kanavat eivät umpeudu. Kanavia pitkin virtaava vesi vääristää ödometrikokeen tuloksia antaen näytteen vedenläpäisevyysarvoksi k liian suuria lukemia. 96

101 Vedenläpäisevyys, Saavi 1 (S1) 1,0E-10 1,0E-09 1,0E-08 k (m/s) 1,000 S1, 42,2 kg/m3, 28 d S1, 42,2 kg/m3, 7 d S1, 21,1 kg/m3, 28 d 1,100 1,200 1,300 1,400 1,500 Kuivairtotiheys, d (g/cm 3 ) S1, 21,1 kg/m3, 7 d 1,600 Kuva 5.25: Ajan vaikutus stabiloidun näytteen Saavi 1 ödometrituloksiin Kenttänäytteiden vedenläpäisevyys Joustavaseinäisellä laitteistolla määritetty vedenläpäisevyysarvo k on kenttänäytteiden kohdalla jopa yli kymmenkertainen verrattuna ödometrillä määritettyyn vedenläpäisevyyteen (kuva 5.26). Ödometrinäyte K1, 1 d ja joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla koestettu näyte K1, 28 d, J on rakennettu samasta näyte-erästä. Eroja näytekappaleiden tiheyksissä ja vedenläpäisevyyksissä ei selitä näytteiden ikäero, vaan erilaiset tulokset johtuvat näytteiden rakenteellisista eroista. Joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla koestettujen näytekappaleiden koko on moninkertainen ödometrinäytteisiin verrattuna. Laitteistolla koestettu kenttänäyte rakennettiin laboratoriossa Lempolan työmaalla stabiloidusta savesta. Näytteen rakentamisessa kiinnitettiin erityistä huomiota valmiin näytekappaleen edustavuuteen ja kappaleeseen pyrittiin tiivistämään oikeissa suhteissa sekä pehmeäksi jäänyttä ettäkovettunutta ja murentunutta savea. Pieneen ödometrirenkaaseen on todennäköisesti sullottu kentällä stabiloidusta näytteestä suhteellisen homogeenista materiaalia, joka on ollut kauttaaltaan myös pehmeää ja helposti renkaaseen muotoiltavaa. Käytetystä ödometrilaitteesta riippuen rakeisen maa-aineksen saaminen ödometrirenkaaseen voi osoittautua jopa mahdottomaksi. Joustavaseinäiseen laitteistoon rakennetun näytekappaleen kuivairtotiheys on 97

102 suurempi, kuin mihin vastaava ödometrinäyte tiivistyy ödometrikokeen aikana. Tästä huolimatta joustavaiseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla testatun koekappaleen vedenläpäisevyys k on yli kymmenkertainen ödometrinäytteeseen verrattuna. Silmämääräisen tarkastelun perusteella syy on selväja suuri vedenläpäisevyys johtuu joustavaseinäisella laitteistolla testatun koekappaleen epähomogeenisesta rakenteesta. Ödometrinäyte K2, 30 d on putkinäytteenottimella suoraan pohjarakenteesta otettu näyte. Näytteen perusteella on kuitenkin mahdotonta vetää johtopäätöksiä koko Lempolan kaatopaikan pohjarakenteen vedenläpäisevyydestä. Kenttä 2 -ödometrinäytteen tiheys, noin 1940 kg/m 3, on poikkeuksellisen suuri; Kenttä2 -puristuskoenäytteidenkin keskitiheys on vain noin 1770 kg/m 3. Lisäksi kokeessa on virrannut vettä näytteen ohi, mutta ohivirtaus on voinut tapahtua näytteen ja ödometrirenkaan välistä ja/tai näytekappaleessa olevia halkeamia pitkin. Kenttänäytteet osoittavat, ettätiivistystyön onnistuminen ei yksin takaa alhaisen vedenläpäisevyyden saavuttamista. Vaikka stabiloidulla savella olisi suuri (kuivairto)tiheys, saven vedenläpäisevyysarvo voi olla m/s, jos massa on epähomogeenista. Lempolan kaatopaikan pohjarakenteen vedenläpäisevyyttä tulisi tutkia joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla suo- Vedenläpäisevyys, Kenttä 1 ja 2 (K1 ja K2) k (m/s) 1,0E-11 1,0E-10 1,0E-09 1,0E-08 0,900 K1, 1 d Märkä, 1 d 1,000 Rakenteesta, 4 d K2, >30 d 1,100 K1, 28 d, J 1,200 1,300 1,400 1,500 Kuivairtotiheys, d (g/cm 3 ) 1,600 1,700 Kuva 5.26: Kenttänäytteiden vedenläpäisevyys. Joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla määritetyt vedenläpäisevyydet on merkitty kirjaimella J. 98

103 raan rakenteesta otetuista näytteistä, jotta tuloksissa näkyisi massan epähomogeenisuuden vaikutus ja kentällä saavutettu rakenteen tiheys Muut ödometrikokeessa määritettävät ominaisuudet Näytteen Saavi 1 ödometrikokeista määritetty jännitys tilavuudenmuutoskäyttäytyminen on esitetty kuvassa Ylikonsolidoituneella osalla havaitaan stabiloinnin vaikutus saven huokoslukuun e, joka on stabiloidulla savella pienempi kuin stabiloimattomalla savella, koska sementin ja veden muodostamat reaktiotuotteet alkavat täyttää maan huokostilaa. (Hassan & Ravaska 2009) Sideainelisäyksen ohella myös saven pitkäaikainen säilyttäminen pienentää saven huokoslukua: näytteen S1, stabiloimaton huokosluku on pienempi kuin vuotta aikaisemmin koestetun näytteen S1, stabiloimaton huokosluku. Näyte on konsolidoitunut säilytyksen aikana. Koska stabilointi vaikuttaa saven lujuuteen, ovat myös stabiloidun saven tilavuudenmuutosominaisuudet erilaiset kuin stabiloimattoman saven. Myötöjännitys σ y on jännitys tilavuudenmuutos-käyrän lineaaristen alku- ja loppuosien suorien leikkauspiste. Myötöjännitys kasvaa sideainemäärän lisäämisen myötä. Jännitys tilavuudenmuutos-käyrän alkuosan (ylikonsolidoituneen osan) kaltevuutta kuvaa kokoonpuristuvuusparametri κ ja loppuosan (normaalikonsolidoituneen osan) kaltevuutta parametri λ. Hassan et al. (2007, 2009) arvioivat, ettästabiloinnissa käytettävän sideainemäärän kasvaessa κ pienenee ja λ suurenee hivenen. Kuvan 5.27 käyristäkäy ilmi parametrin κ pieneneminen, mutta λ vaikuttaa sideainemäärillä C w =21, 1 kg/m 3 ja C w =31, 6 kg/m 3 stabiloidulla savella olevan suurempi kuin stabiloimattomalla savella. Parametrin λ arvon kehitystäon vaikea arvioida suuremmilla sideainemäärillä stabiloiduista näytteistä, koska koetta ei ole jatkettu pidemmälle normaalikonsolidoituneelle alueelle Yhteenveto vedenläpäisevyyskokeista Saven stabilointi pienilläsementtimäärillä ( 50kg/m 3 ) ei laboratorio-oloissa, joissa stabiloitu massa pystytään sekoittamaan homogeeniseksi, vaikuta merkittävästi stabiloitavan saven vedenläpäisevyyskertoimeen k. Stabiloinnista kuluneen ajan ( vuorokautta) vaikutus näytteen vedenläpäisevyyteen on niin ikään lähes olematon. Joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla määritetyt vedenläpäisevyysarvot olivat pienempiä kuin ödometrillä määritetyt vedenläpäisevyydet vas- 99

104 Jännitys tilavuudenmuutos, Saavi 1 Jännitys (kpa) ,7 1,6 1,5 1,4 Huokosluku e 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 S1, stabiloimaton S1*, stabiloimaton S1, Cw = 21,1 kg/m3 S1, Cw = 31,6 kg/m3 S1, Cw = 42,2 kg/m3 S1*, Cw = 52,7 kg/m3 Kuva 5.27: Näytteen Saavi 1 jännitys tilavuudenmuutos-kuvaajat. taavassa näytteen tiheydessä. Useiden ödometrinäytteiden kohdalla vesi kulkee todennäköisesti ödometrirenkaan ja näytteen välistä, jolloin ödometrilaitteistolla määritetty vedenläpäisevyys on liian suuri. Näytteen pitkä säilytysaika renkaassa ennen koetta vaikuttanee ohi virranneen veden määrään. Koska säilytysajalla ei ole ainakaan pienten sementtimäärien kohdalla juurikaan merkitystä stabiloidun näytteen vedenläpäisevyyteen, tulisi stabiloidun näytteen vedenläpäisevyysmääritys aloittaa ödometrilaitteistolla mahdollisimman pian näytteen stabiloinnin jälkeen. Stabiloidun saven vedenläpäisevyyteen vaikuttavat ratkaisevasti näytteen rakenne ja homogeenisuus. Vaikka kenttänäytteiden tiheydet olivat suurempia kuin vastaavilla sementtimäärillä stabiloitujen laboratorionäytteiden tiheydet, joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaittestolla määritetyn kenttänäytteestärakennetun koekappaleen vedenläpäisevyyskerroin k oli moninkertainen labora- 100

105 toriossa stabiloituihin näytteisiin verrattuna. Kenttänäytteen huokosluku e oli merkittävästi pienempi kuin laboratorionäytteiden. Saven stabiloimisella laboratoriossa tässä tutkimuksessa käytetyillä menetelmillä ei pystytä arvioimaan massastabiloidusta savesta tehdyn rakenteen vedenläpäisevyyttä. Rakenteen vedenläpäisevyyden tutkimiseen tarvitaan suoraan rakenteesta otettuja näytteitä, joiden vedenläpäisevyyskerroin voidaan määrittää joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla. Stabilointi muuttaa saven tiivistymistä ja painumaominaisuuksia. Saven stabilointiin käytetyn sementtimäärän kasvamisen myötä sekä saven huokoisuus ettämyötöjännitys kasvavat. Ödometrikokeessa ylikonsolidoituneen osan tilavuudenmuutosta kuvaavan parametrin κ arvo pienenee sementtimäärän kasvaessa. 101

106 5.3 Plastisuus Sementtipitoisuus Kun savi stabiloidaan, sen olomuoto muuttuu kiinteämmäksi ja samalla plastisuusraja nousee. Kuvassa 5.28 on esitetty pienten sementtilisäysten vaikutus savien Lempola 6, 7 & 8 ja Saavi 1 plastisuusrajoihin. Kuvassa on esitetty sekä yksittäisten kokeiden tulokset ettäniiden perusteella määritetyt keskiarvokäyrät. Näytteen Saavi 1 plastisuusraja määritettiin kuudessa eri sideainepitoisuudessa ja näytteen Lempola 6, 7& 8 viidessä. Plastisuusrajan määritys tehtiin noin 3 7 tuntia näytteen stabiloinnin jälkeen, kun stabiloitu massa oli kuivunut riittävästi plastisuusrajan määrittämiseksi. Jo hyvin pienet sementtimäärät vaikuttavat saven olomuotoon. Ilmeisesti vaikutus on sitävoimakkaampi, mitäsuurempi vesipitoisuus stabiloitavalla savella on. Kuvassa 5.28 saven Lempola 6, 7 & 8 (w 0 = 95 %) plastisuusraja nousee enemmän, kuin saven Saavi 1 (w 0 = 58 %). Myös Hassanin et al. (2008) saamat tulokset tukevat tätä päätelmää vesipitoisuuden ja plastisuusrajan kasvun välisestä yhteydestä(kuva 5.29). Hänen tutkimiensa savien vesipitoisuudet olivat: Clay %, Clay 263%ja Clay 3 (lieju) 210 %. 60 Kieritys- eli plastisuusraja w p w p (%) SAAVI 1 SAAVI 1, ka 10 Lempola 6, 7 & 8 Lempola 6, 7 & 8, ka Sementtimäärä, C w (kg/m 3 ) Kuva 5.28: Stabiloinnin vaikutus plastisuusrajaan w p. Ympyröidyt pisteet on tulkittu virheellisiksi mittaustuloksiksi ja jätetty poiskeskiarvoja laskettaessa. 102

107 150 Clay 1 (I) Clay 1 (1d) Clay 1 (7d) Clay 2 (I) Clay 2 (1d) Clay 2 (7d) Clay 3 (I) Clay 3 (1d) Clay 3(7d) 125 Plastic Limits (%) C w (kg/m3) Kuva 5.29: Stabiloinnin vaikutus plastisuusrajaan w p Hassanin et al. (2008) mukaan Kieritysraja ja puristuslujuus Kieritysrajan ja puristuslujuuden välistä yhteyttä on käsitelty useissa tutkimuksissa. Kuvassa 5.30 Lempolan savien 1 d -puristuslujuus on esitetty saven plastisuusrajan w p suhteen. Savien Lempola 6, 7 & 8 ja Saavi 1 välillä on huomattava ero, eikä plastisuusrajan perusteella pystytä päättelemään, kuinka suuri saven puristuslujuus on. Kuvassa 5.31 plastisuusraja on normalisoitu niin, ettävaaka-akselilla on saven vesipitoisuuden ja plastisuusrajan suhde. Käytetty vesipitoisuus on seitsemän päivän ikäisistä koekappaleista puristuskokeen jälkeen mitattu vesipitoisuus. Kun vesipitoisuuden ja plastisuusrajan suhde on yksi, on stabiloidun näytteen vesipitoisuus plastisuusrajalla. Jos suhde w/w p on alle yksi, on sementtiä lisätty saveen niin paljon, että stabiloidun saven konsistenssi on muuttunut kiinteäksi. Åhnberg (2006) viittaa Woodin (1990) tutkimuksiin luonnollisilla savimailla, joissa häiriintyneen saven leikkauslujuus oli noin 200 kpa, kun näytteen vesipitoisuus oli plastisuusrajalla. Mitchellin (2005) arvio samasta lujuudesta oli kpa. Åhnbergin omissa tutkimuksissa eri sideaineilla stabiloitujen näytteiden leikkauslujuus riippui niin ikään näytteen konsistenssista 103

108 sideaineesta ja maalajista riippumatta suhteen w/w p pieneneminen aiheutti samankaltaisen kasvun stabiloidun näytteen leikkauslujuudessa. Leikkauslujuuden hajonta oli kuitenkin hyvin suuri suhteen w/w p ollessa likimain yksi tai sen alle. Osasyynä suureen hajontaan Åhnberg mainitsee plastisuusrajan määrittämiseen liittyvät epätarkkuuden sekä vaikeudet silloin, kun näyte on kiinteässä tai lähes kiinteässä konsistenssissa. Åhnberg ei kerro, miten plastisuusraja määritettiin. (Åhnberg 2006) Tässä tutkimuksessa käytetyt sideainemäärät ovat sen verran pieniä, että suhde w/w p ei laske minkään näytteen kohdalla alle yhden. Kuvan 5.31 puristuslujuudet ovat 7 ja 28 päivän puristuskoekappaleiden lujuuksia. Kuvaajan perusteella ei pystytä päättelemään, mikäon se w/w p -suhde, jossa puristuslujuusvaatimus q u 100 kpa täyttyy. Sen perusteella voidaan kuitenkin sanoa, että savesta riippumatta lujuusvaatimus ei täyty, jos w/w p 2, 0. Tulosten hajontaa lisää pienten koekappaleiden (h =40mm) puristuskoetulosten käyttö. Jotta stabiloidusta savesta rakennettavan tiivistysrakenteen kuivumisen takia tapahtuva kutistuminen jää vähäiseksi ja kuivumiskutistumisen aiheuttamilta halkeamilta vältytään, pitää saven olla konsistenssiltaan mahdollisimman kiinteää. Tällöin suhteen w/w p arvo on lähellä yhtä. Nyt tutkituilla näytteillä w/w p oli pienimmillään noin 1,3, kun savi Saavi 1 stabiloitiin sideainemäärillä C w =52, 7 kg/m 3 tai C w =42, 2 kg/m 3. Näillä sideainemäärillä stabiloituna Saavi 1 täyttää myös puristuslujuusvaatimuksen q u 100 kpa. Näytteet on merkitty w/w p q u -kuvaajan (kuva 5.31). Stabiloidun näytteen Lempola 6, 7 & 8 w/w p oli pienimmilläänkin vain hieman alle kaksi (2). 104

109 225 1 d -puristuslujuus, q u (kn/m 2 ) SAAVI 1 Lempola 6, 7 & Kieritys- eli plastisuusraja, w p (%) Kuva 5.30: 1 d -puristuslujuus plastisuusrajan w p funktiona C w = 52,7 kg/m 3 SAAVI 1, 7 d (P) SAAVI 1, 7 d (I) Puristuslujuus, q u (kn/m 2 ) C w = 42,2 kg/m 3 SAAVI 1, 28 d (P) Lempola 6, 7 & 8, 7 d (P) Lempola 6, 7 & 8, 7 d (I) Lempola 6, 7 & 8, 28 d (P) ,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 w / w p (%) Kuva 5.31: Puristuslujuus suhteen w/w p funktiona. Kuvaajassa on käytetty sekä isojen (h = 100 mm) ettäpienien (h =40mm) koekappaleiden puristuskoetuloksia 7 ja 28 päivä n ikäisiltä näytteiltä. 105

110 Luku 6 Johtopäätökset Ylijäämämaaksi luokitellun pehmeän saven ominaisuuksia voidaan parantaa maarakennukseen paremmin soveltuviksi sementtistabiloinnilla. Stabiloidun saven puristuslujuuden kehitys on merkittävää, kun lisätty sideainemäärä C w on noin 20 kg/m 3. Samalla, kun sementti kasvattaa saven lujuutta, se muuttaa saven konsistenssia plastisesta kiinteäksi. Saven kieritys- eli plastisuusrajan vesipitoisuus w p nousee ja vesipitoisuuden ja plastisuusrajan suhde w/w p pienenee. Kun w/w p on 1,0, on stabiloitu savi kiinteän ja plastisen konsistenssin rajalla. Plastista savea on vaikea tiivistää, sillä suuri osa tiivistämiseen käytetystäenergiasta menee saven muodonmuutoksiin tilavuuden pysyessä ennallaan, aivan kuten muovailuvahaa muovailtaessa. Saven tiivistäminen onnistuu ainoastaan, mikäli suhdetta w/w p pystytään laskemaan lähelle arvoa 1,0 joko saven vesipitoisuutta w laskemalla (saven kuivatus) tai plastisuusrajaa w p nostamalla. Saven stabilointi sementillänostaa plastisuusrajaa. Stabiloidun saven plastisuus ja puristuslujuus eivät kulje käsi kädessä, mutta voidaan olettaa, ettäjos w/w p on suurempi kuin 2,0, stabiloidun saven puristuslujuus ei yllä kaatopaikan tiivistysrakenteelta ohjeellisesti vaaditusta leikkauslujuudesta johdettuun puristuslujuuden arvoon q u > 100 kpa. Laboratoriossa stabiloiduilla savilla puristuslujuusvaatimus täyttyi, kun stabilointiin käytetty sementtimäärä C w oli suurempi kuin 35 kg/m 3. Lähimmäksi kiinteän ja plastisen konsistenssin rajaa päästiin, eli paras tiivistettävyys saavutettiin, kun lisätty sementtimäärä oli yli 40 kg/m 3. Tällöin w/w p oli noin 1,3. Stabiloidun saven plastisuus riippunee kuitenkin merkittävästi saven alkuperäisestä vesipitoisuudesta. Konsistenssin muuttuminen stabiloinnin vaikutuksesta ei paranna ainoastaan saven tiivistettävyyttä vaan se myös vähentää kuivumisen aiheuttamaa halkeilua, kuivumiskutistumaa. Yleisesti ottaen saven vedenläpäisevyys on hyvin 106

111 alhainen, mutta halkeamia pitkin vesi kulkee nopeasti savesta tehdyn rakenteen läpi. Saven vedenläpäisevyyskertoimen k arvoon saven stabilointi pienillä sementtimäärillä (C w 50 kg/m 3 ) ei juuri vaikuta, jos sementtionsekoittunut saveen tasaisesti ja stabiloitu savi on rakenteeltaan homogeenista. Kaatopaikalle asetetut puristuslujuus- ja vedenläpäisevyysvaatimukset on helppo saavuttaa, kun saven stabilointi tapahtuu laboratoriossa sementtiätäytyy vain sekoittaa riittävästi ja vedenläpäisevyysvaatimuskin täyttyy, jos stabiloitavan saven vedenläpäsevyyskerroin on luonnontilassa riittävän pieni. Lempolan kaatopaikan tapaustutkimus osoitti, että työmaalla suurissa erissä massastabiloidun saven koostumus jää kauaksi laboratoriossa stabiloitujen näytteiden homogeenisuudesta. Työmaalla riittävän alhainen vedenläpäisevyyskerroin on tiivistysrakenteelle asetetuista vaatimuksista ehkä kaikkein vaikeiten täytettävissä. Sementin epätasainen sekoittuminen ja stabiloidun saven tiivistyminen vaikuttavat ratkaisevasti tiivistysrakenteen vedenläpäisevyyteen. Stabilointi- ja tiivistyskaluston sekä käytettyjen työmenetelmien soveltuvuus tiivistysrakenteen rakentamiseen rakenteen vedenläpäisevyyden kannalta voidaan todeta ainoastaan työn suoritusta tarkkailemalla ja kokeellisesti suoraan rakenteesta otetuista näytteistä. Ödometrikokeen yhteydessätehdyllävedenläpäisevyysmäärityksellävoidaan osoittaa tiivistysrakenteessa käytettäväksi suunnitellun saven riittävän pieni vedenläpäisevyys, mutta valmiin rakenteen tiiviys voidaan osoittaa ainoastaan rakenteesta otettujen, joustavaseinäisellävedenläpäisevyyslaitteistolla koestettavien, näytteiden perusteella. Koerakenne ja siitäotetut, joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla tutkitut, näytteet ovat välttämättömiä oikeiden työmenetelmien toteamiseksi. Varsinaisen tiivistysrakenteen vedenläpäisevyyttä ja työn onnistumista tarkkaillaan kontrollinäyttein, joita tulee ottaa säännöllisesti satunnaisista pisteistä eri puolilta tiivistettyä rakennetta. Ödometrinäytteet soveltuvat huonosti rakenteen vedenläpäisevyyden tarkkailuun, sillä kenttänäytteitä on vaikea muotoilla niin hyvin ödometrirenkaaseen sopivaksi, ettei vesi virtaisi renkaan ja näytteen välistä vääristäen näytteen vedenläpäisevyystuloksia. Tässä työssäon tutkittu pääasiassa laboratoriossa stabiloituja savia. Tehtyjen kokeiden lukumäärä oli suuri, joten saatuja tuloksia voisi epäilemättä työstää edelleenkin. Rakenteesta otettuja näytteitäoli vähän, mutta ne osoittivat työmaalla massastabiloidun ja tiivistetyn saven eroavan merkittävästi laboratoriossa stabiloidusta savesta. Työssäesitetyt tulokset vaativat tuekseen laajempia tutkimuksia työmaaoloissa toteutetuista tiivistysrakenteista, esimerkiksi koetiivistyskenttien muodossa, jotta tulosten soveltuvuus käytännön rakentamiseen kävisi ilmi. Tukimusta tulisi laajentaa myös pilaristabiloituun saveen, jota voidaan ylös kaivettuna, tarvittaessa murskattuna ja seulottuna, käyttää niin ikään mineraalisen tiivisteen rakennusaineena. Lisätutkimusta voitaisiin 107

112 tehdä myös muilla sideaineilla, kuten voimalaitosten lentotuhkalla tai rikinpoistotuotteella. 108

113 Lähdeluettelo Aalto, A. 2006a. Indeksi- ja standardikoementelmän välinen vertailu, Tietoverkottunut, 3D-mallinnukseen ja -mittauksiin perustuva pohjavahvistusautomaatio (POHVA). Tekninen raportti. Espoo: Teknillinen korkeakoulu, Pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratorio. Aalto, A. 2006b. Indeksikokeet, Tietoverkottunut, 3D-mallinnukseen ja - mittauksiin perustuva pohjavahvistusautomaatio (POHVA). Tekninen raportti. Espoo: Teknillinen korkeakoulu, Pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratorio. Allu Finland Oy s.a. käyty: huhtikuu Al-Tabbaa, A State of Practice Report - Stabilisation/Solidification of Contaminated Materials with Wet Deep Soil Mixing. Julkaisussa International Conference on Deep Mixing, Best Practice and Recent Advances, Deep Mixing '05, Stockholm, Sweden May 23-25, 2005, Osa 2 Best Practise. Bergado, D. T., Anderson, L. R., Miura, N. & Balasubramaniam, A. S Soft Ground Improvement in Lowland and Other Environments. New York: ASCE Press. ISBN Chew, S. H., Kamruzzaman, A. H. M. & Lee, F. H Physicochemical and Engineering Behavior of Cement Treated Clays. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, vol. 130, no. 7, s Dahlbo, H Jätteen luokittelu ongelmajätteeksi arvioinnin perusteet ja menetelmät. Ympäristöopas 98. Helsinki: Suomen ympäristökeskus. ISBN , ISSN Daniel, D. E. & Wu, Y.-K Compacted Clay Liners and Covers for Arid Sites. The Journal of Geotechnical Engineering, vol. 119, no. 2, s ISSN /93/

114 Elinkaarikonsultit/Sito Oy, Ramboll Finland Oy, Pöyry Oy E18 rakentaminen moottoritienä Muurla-Lohja EKM palvelusopimus, Suunnitteluosa 3 Oittila-Lempola, Pilaantuneiden maiden loppusijoitusalue, Lempola, Loppusijoitusalueen työkohtainen työselitys. TYL E18, 3- R13/L3-13/1. Euroopan unionin neuvosto Neuvoston direktiivi 1999/31/EY, annettu 26. päivänä huhtikuuta 1999, kaatopaikoista. ISSN , saatavissa: LexUriServ.do?uri=OJ:L:1999:182:0001:0019:FI:PDF. EuroSoilStab EuroSoilStab, Development of design and contruction metrhods to stabilise soft organic soils, Design Guide Soft Soil Stabilisation. EU: European Community. CT , Project No.: BE Finnsementti Oy Rakennussementit. tuote-esite, käyty: huhtikuu Forsman, J Savi kaatopaikan pohjan ja pinnan mineraalitiivisteenä. Espoo: Viatek Oy Forsman, J. & Hakari, M Vuosaaren satama, melumäki. Pohjan mineraalinen eriste, rakennusvaihe 1 ja 3A, laadunvalvontaraportti. Espoo: Ramboll Finland Oy, Helsingin satama. luonnos Forsman, J. & Hakari, M Vuosaaren satama, melumäki. Pohjan, luiskan, pinnan ja pystyeristeen mineraalinen tiivistyskerros, MELU 2 - urakka (vuoden 2005 työt), laadunvalvontaraportti. Espoo: Ramboll Finland Oy, Helsingin satama Forsman, J. & Hakari, M. 2008a. Vuosaaren satama, melumäki. Pintaeriste ja pystyeristeen mineraalinen tiivistyskerros, SMRU 4/4 -urakka (vuoden 2007 työt), laadunvalvontaraportti. Helsinki: Ramboll Finland Oy, Helsingin satama. VuGEO , Forsman, J. & Hakari, M. 2008b. Vuosaaren satama, melumäki. Pintaeristeen mineraalinen tiivistyskerros, SMRU 4/5 -urakka (vuoden 2008 työt), laadunvalvontaraportti. Helsinki: Ramboll Finland Oy, Helsingin satama. VuGEO , Forsman, J., Kivekäs, L. & Hakari, M Vuosaaren satama, melumäki. Pohjan mineraalinen eriste, koetiivistyskenttä, laadunvalvontaraportti. Espoo: Ramboll Finland Oy, Helsingin satama. 110

115 Forsman, J. & Leivo, A Vuosaaren satama, melumäki. Pystyeristeen mineraalinen tiivistyskerros, SMRU 4/3 -urakka (vuoden 2006 työt), laadunvalvontaraportti. Espoo: Ramboll Finland Oy, Helsingin satama Geo-Con s.a. käyty: joulukuu Hassan, M. M., Lojander, M. & Ravaska, O Utilization of soft clay in construction. Julkaisussa 14th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Madrid, September Netherlands: Milpress Rotterdam, s Hassan, M. M., Lojander, M. & Ravaska, O Characteristics of soft clay stabilized for construction purposes. Julkaisussa Ellis, Yu, McDowell, Dawson & Thom (toim.), Advances on Transportation Geotechnics, Nottingham, UK. London: Taylor & Francis Group, s ISBN Hassan, M. M. & Ravaska, O Strength and permeability characteristics of cement stabilized soft Finnish clay. Julkaisussa Karstunen & Leoni (toim.), Second International Workshop on Geotechnics of Soft Soils Focus on ground improvement (IWGSS), Glasgow, UK. London: Taylor & Francis Group, s ISBN Helsingin kaupunki, Kiinteistövirasto, geotekniikka käyty: joulukuu Jelisic, N Masstabilisering. Lund: Lunds Universitet, Lunds Tekniska Högskola, Avdelning för Geoteknik. ISBN , ISRN LUTVDG/TVGT-1007-SE, saatavissa: Sd/pdf/SD-R5.pdf. Keller Ground Engineering s.a. käyty: tammikuu Kitazume, M State of Practice Report - Field and laboratory investigations, properties of binders and stabilized soil. Julkaisussa International Conference on Deep Mixing, Best Practice and Recent Advances, Deep Mixing '05, Stockholm, Sweden May 23-25, 2005, Osa 2 Best Practice. Kääriä, K Kilteisen kaatopaikka, Uuden täyttöalueen pohja- ja kuivatusrakenteiden rakentaminen, loppuraportti. Espoo: SCC Viatek Oy

116 Kézdi, A Stabilized Earth Roads. Osa 19 sarjassa Development in Geotechnical Engineering. Amsterdam: Elsevier. ISBN Lahtinen, P., Kolisoja, P., Kuula-Väisänen, P., Leppänen, M., Jyrävä, H., Maijala, A. & Ronkainen, M UUMA-esiselvitys. Suomen ympäristö 805. Helsinki: Ympäristöministeriö. ISBN (pdf), ISSN , saatavissa: Larsson, S State of Practice Report - Execution, monitoring and quality control. Julkaisussa International Conference on Deep Mixing, Best Practice andrecent Advances, Deep Mixing '05, Stockholm, Sweden May 23-25, 2005, Osa 2 Best Practice. Leppänen, M. (toim.) Kaatopaikan tiivistysrakenteet. Ympäristöopas 36. Helsinki: Suomen ympäristökeskus. ISBN , ISSN Lesanco Aps s.a. käyty: joulukuu Lojander, M Geomekaaniset ominaisuudet. Julkaisussa RIL Geomekaniikka I. Helsinki: Suomen Rakennusinsinöörien Liitto. S Mitchell, J. K. & Soga, K Fundamentals of Soil Behavior. 3. laitos. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. ISBN Nagaraj, T. S Principles of Testing Soils, Rock and Concrete. Amsterdam: Elsevier. ISBN Palolahti, A., Lojander, M. & Ravaska, O Natural clay barriers in Finland. Julkaisussa Proceedings of 13th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Prague August Pilequip Australia Pty Ltd s.a. news_articles/bauer_csm_wall. käyty: tammikuu Puolanne, J., Pyy, O. & Jeltsch, U. (toim.) Saastuneet maa-alueet ja niiden käsittely Suomessa, Saastuneiden maa-alueiden selvitys- ja kunnostusprojekti; loppuraportti. Muistio 5/1994. Helsinki: Ympäristöministeriö, Ympäristönsuojeluosasto. ISSN , ISBN Purdue University s.a. civil/deepmix.aspx. käyty: tammikuu

117 Pätsi, K Työn tutkimus pilaristabiloinnin konetyön tehostamismahdollisuuksista. Espoo. Tutkimusraportti TKK:n kurssille Yhd Tienrakentamisen automaatio. Rantamäki, M., Jääskeläinen, R. & Tammirinne, M Geotekniikka. 20 laitos. Helsinki: Otatieto. ISBN Ravaska, O Use of soft clay in protection barriers, Research plan. Espoo: Teknillinen korkeakoulu. Ravaska, O. & Aalto, A Modelling peameability in consolidation. Julkaisussa Proceedings of 13th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Prague August 2003, Osa 1. Czech Republic: The Czech Geotechnical Society CICE, s Rowe, K. R., Quigley, R. M. & Booker, J. R Clayey Barrier Systems for Waste Disposal Facilities. London: E & FN Spon. ISBN Ruohonen, E Ylijäämäsavien käyttö rakennustekniikassa. Diplomityö. Espoo: Teknillinen korkeakoulu. saatavissa: index.html. Schuppener, B., Amar, S. & Kavvadas, M Determination of soil permeability by constant and falling head. Julkaisussa 11. European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Workshop 2: Standardisation of laboratory testing. Dansk Geoteknisk Forening. ISBN Sito Oy, Helsingin kaupunkisuunnitteluvirasto Ylijäämämassatarkastelu. Helsinki , saatavissa: pdf. Stehr - Baumaschinen GmbH s.a. products_soil_stabilisation.html. käyty: joulukuu Suomen geoteknillinen yhdistys ry GLO-85, Geotekniset laboratorio-ohjeet, 1. Luokituskokeet. Helsinki. ISBN Suomen standardisoimisliitto CEN ISO-TS :fi, Geotekninen tutkimus ja koestus. Maan laboratoriokokeet. Osa 11: Vedenläpäisevyyden määritys. Vakiopaine- ja muuttuvapainekoe. Helsinki. luonnos. 113

118 Tiehallinto Syvästabiloinnin suunnitteluohje, tarkistettu verkkojulkaisu v-04. Helsinki. ISBN , TIEH , saatavissa: Tiehallinto käyty: maaliskuu 2008, helmikuu Toivanen, T E18 Muurla Lohja-moottoritie. Julkaisussa Geotekniikan päivä , Sokos Hotel Presidentti, Helsinki, Luentoaineisto. Suomen geoteknillinen yhdistys, SGY, s Uudenmaan ympäristökeskus Ympäristölupapäätös No YS1/ Helsinki. Dnro UUS-2003-Y Uudenmaan ympäristökeskus Ympäristölupapäätös No YS1157/ Helsinki. Dnro UUS-2007-Y Virtanen, P., Hämäläinen, J. & Laaksonen, R Huokoisen materiaalin vedenläpäisevyyden mittaaminen joustavaseinäisellä vedenläpäisevyyslaitteistolla muuttuvapainekokeena tai vakiopainekokeena. S.l.: Tieliikelaitos, Suomen ympäristökeskus ja VTT. VNp 861/ Valtioneuvoston päätös kaatopaikoista 861/1997, liite 1. Ympäristöministeriö. saatavissa: Wu, T. H Soil Mechanics. Boston, USA: Allyn and Bacon, Inc. Library of Congress Catalog Card Number: Ympäristöministeriö = käyty: joulukuu Åhnberg, H Strength of Stabilised Soils, A Laboratory Study on Clays and Organic Soils Stabilised with Different Types of Binder. Väitöskirja. Lund, Sweden: Lund University. ISBN , ISSN Åhnberg, H., Johansson, S.-E., Retelius, A., Ljungkrantz, C., Holmqvist, L. & Holm, G Cement och kalk för djupstabilisering av jord. En kemisk-fysikalisk studie av stabiliseringseffekter Rapport 48. Linköping: Statens geotekniska institut. ISSN , ISRN SGI-R 95/48 SE. 114

119 Liite 1

120 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % TKK Pohjarak. ja maamek Luokituskokeet Rakeisuus HIEKKA SORA 0,02 hieta 0,2 hiekka 2 sora 20 kiviä hieno 0,06 karkea hieno 0,6 karkea hieno 6 karkea pieniä SAVI SILTTI savi 0,002 hiesu 0,006 0, Raekoko (mm) 0,5 0,25 0,125 0,0002 0,0006 0,002 0,006 0,02 0,074 Saavi 1 Lempola 6, 7 & 8 Lempola 12 HUT Clay Äijänpelto Läpäisy - % Liite 2 (1)

121 TEKNILLINEN KORKEAKOULU K I I N T O - Tekijä: A. Leivo Pohjarakennus ja maamekaniikka T I H E Y D E N M Ä Ä R I T Y S ρ s = ρ w * m k / (m k +m a -m b ) Pykn.+ Näyte Pyk- Pyknom. Pykn.+ Kuiva näyte+ Pykn.+ Keskinom. massa kuiva näyte vesi vesi m k +m a - arvo N:o näyte m k T m b m a m b ρ w ρ s ρ s g g g o C g g g g/cm 3 g/cm 3 g/cm 3 Saavi 1 A ,86 53,39 24,53 19,0 150,60 135,105 9,04 0,9984 2,71 Saavi 1 B ,56 49,46 19,90 19,0 147,76 135,167 7,31 0,9984 2,72 2,72 Saavi ,8 47,80 21,00 19,0 157,38 144,049 7,67 0,9984 2,73 Lempola 6, 7 & ,11 55,61 13,50 20,0 158,87 150,178 4,81 0,9982 2,80 2,80 Lempola 6, 7 & ,73 56,10 14,37 20,0 160,05 150,821 5,14 0,9982 2,79 Lempola ,68 57,88 15,20 20,0 159,06 149,339 5,48 0,9982 2,77 2,77 Lempola ,3 55,26 12,96 20,0 156,54 148,257 4,68 0,9982 2,77 HUT Clay A, ,86 40,58 11,72 19,5 142,56 135,096 4,26 0,9983 2,75 2,76 HUT Clay B, ,56 40,43 10,87 19,5 142,10 135,160 3,93 0,9983 2,76 Äijänpelto ,80 39,54 12,74 20,0 151,76 144,030 5,01 0,9982 2,54 2,54 Äijänpelto ,97 40,58 11,61 20,0 141,10 134,032 4,54 0,9982 2,55 Liite 2 (2)

122 TEKNILLINEN KORKEAKOULU H U M U K S E N - Tekijä: A. Leivo Pohjarakennus ja maamekaniikka M Ä Ä R I T Y S H k % =H h *100/m k Polt. Polt. Polt. Kuiva Polt. Hehkt. Hehkt. Kide- Savi- Näyte ast. ast. ast.+ näyte ast.+ häviö häviö vesi % Humus Humus kuiva hehkt. B k -B h < ka näyte näyte = N :o B k m k B h H h H k K v mm Hm Hm g g g g g % % % % % Saavi ,49 40,74 15,25 40,11 0,63 4, ,13 Saavi ,18 42,02 13,84 41,45 0,57 4, ,12 1,09 Saavi ,35 39,05 12,7 38,54 0,51 4, ,02 Lempola 6, 7 & ,71 34,64 8,93 34,29 0,35 3,92 3,5 77 0,42 0,39 Lempola 6, 7 & ,35 34,13 7,78 33,83 0,3 3,86 3,5 77 0,36 Lempola ,52 32,91 9,39 32,58 0,33 3,51 2,9 56,0 0,6 0,6 HUT Clay 14 28,18 32,25 4,07 32,13 0,12 2,95 3,4 74-0,45-0,49 HUT Clay 12 25,5 29,34 3,84 29,23 0,11 2,86 3,4 74-0,54 Äijänpelto 21 15,55 19,62 4,07 19,17 0,45 11,06 2,5 41 8,6 8,41 Äijänpelto 2 18,5 22,12 3,62 21,73 0,39 10,77 2,5 41 8,3 Liite 2 (3)

123 TEKNILLINEN KORKEAKOULU Rakennus- ja ympäristötekniikan osasto Pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratorio HIENOUSLUKU Kartion painuma (mm) Saavi Saavi 1, w_luonn Lempola 6, 7 & 8 Lempola 6, 7 & 8, 10 g Lempola 6, 7 & 8, w_luonn, 10 g Lempola 12 Lempola 12, w_luonn HUT Clay HUT Clay, w_luonn, 10 g Vesipitoisuus w (%) Liite 2 (4a)

124 TEKNILLINEN KORKEAKOULU Rakennus- ja ympäristötekniikan osasto Pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratorio HIENOUSLUKU Kartion painuma (mm) Äijänpelto 190 Äijänpelto, w_luonn Vesipitoisuus w (%) Liite 2 (4b)

125 TEKNILLINEN KORKEAKOULU Rakennus- ja ympäristötekniikan osasto Pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratorio Juoksuraja Pudotusten lkm 100, ,0 90,0 85,0 80,0 75,0 70,0 65,0 60,0 Saavi 1 Saavi 1, w_luonn Lempola 6, 7 & 8 Lempola 6, 7 & 8, w_luonn Vesipitoisuus w (%) 55,0 50,0 Lempola 12 Lempola 12, w_luonn HUT Clay 45,0 HUT Clay, w_luonn 40,0 Liite 2 (5a)

126 TEKNILLINEN KORKEAKOULU Rakennus- ja ympäristötekniikan osasto Pohjarakennuksen ja maamekaniikan laboratorio Juoksuraja Pudotusten lkm 200, ,0 190,0 185,0 180,0 175,0 170,0 Äijänpelto 165,0 Vesipitoisuus w (%) 160,0 Äijänpelto, w_luonn 155,0 150,0 Liite 2 (5b)

127 Kenttänäytteitä lukuun ottamatta kaikki näytekappaleet säilytettiin veden alla. Säilytyslämpötila oli noin Tunnus M koenumeron edessä viittaa isoon koekappaleeseen (h=1000 mm, d=50 mm) koe savi A w C w koe säil.lämpö säil.aika q u ε w ρ Ε 50 % kg/m 3 C d kpa % % g/cm 3 kpa 1 Lempola 6, 7 & , ,2 3,2 87,6 1, Lempola 6, 7 & , ,1 3,5 86,8 1, Lempola 6, 7 & , ,3 3,0 86,0 1, Lempola 6, 7 & , ,3 3,2 85,6 1, Lempola 6, 7 & , ,1 2,9 86,6 1, Lempola 6, 7 & , ,5 2,1 86,7 1, Lempola 6, 7 & , ,2 2,5 87,4 1, Lempola 6, 7 & , ,4 2,2 87,8 1, Lempola 6, 7 & , ,7 2,5 87,2 1, Lempola 6, 7 & , ,2 1,8 87,2 1, Lempola 6, 7 & , ,7 1,6 88,9 1, Lempola 6, 7 & , ,9 1,7 88,3 1, Lempola 6, 7 & , ,9 2,5 88,1 1, Lempola 6, 7 & , ,4 2,0 87,7 1, Lempola 6, 7 & , ,7 1,8 88,6 1, M105 Lempola 6, 7 & ,2 M ,0 1,9 88,2 1, M76 Lempola 6, 7 & ,2 M ,4 1,2 90,2 1, M106 Lempola 6, 7 & ,2 M ,5 1,6 89,2 1, Lempola 6, 7 & , ,5 3,1 86,6 1, Lempola 6, 7 & , ,4 2,9 87,3 1, Lempola 6, 7 & , ,0 2,9 89,4 1, Lempola 6, 7 & , ,7 3,5 89,4 1, Lempola 6, 7 & , ,9 2,3 89,4 1, Lempola 6, 7 & , ,3 2,8 89,0 1, Lempola 6, 7 & , ,9 4,0 89,3 1, Lempola 6, 7 & , ,2 2,8 89,2 1, Lempola 6, 7 & , ,8 2,6 89,9 1, Lempola 6, 7 & , ,1 2,0 89,5 1, Lempola 6, 7 & , ,3 1,5 89,8 1, Lempola 6, 7 & , ,4 2,7 90,7 1, Liite 3 (1)

128 koe savi A w C w koe säil.lämpö säil.aika q u ε w ρ Ε 50 % kg/m 3 C d kpa % % g/cm 3 kpa 30 Lempola 6, 7 & , ,6 2,6 90,6 1, M29 Lempola 6, 7 & ,9 M ,6 3,2 90,6 1, M138 Lempola 6, 7 & ,9 M ,6 2,9 90,8 1, M110 Lempola 6, 7 & ,9 M ,9 2,1 91,2 1, Lempola 6, 7 & 8 1 7, ,0 10,0 89,7 1, Lempola 6, 7 & 8 1 7, ,7 10,0 90,1 1, Lempola 6, 7 & 8 1 7, ,5 10,0 89,3 1, Lempola 6, 7 & 8 1 7, ,5 10,0 90,6 1, Lempola 6, 7 & 8 1 7, ,4 3,7 92,5 1, Lempola 6, 7 & 8 1 7, ,9 10,0 91,5 1, Lempola 6, 7 & 8 1 7, ,5 10,0 90,8 1, Lempola 6, 7 & 8 1 7, ,5 2,6 89,9 1, Lempola 6, 7 & 8 1 7, ,2 5,2 90,1 1, Lempola 6, 7 & 8 1 7, ,1 6,3 90,5 1, Lempola 6, 7 & 8 1 7, ,8 2,1 91,4 1, Lempola 6, 7 & 8 1 7, ,7 5,9 102,0 1, Lempola 6, 7 & 8 1 7, ,1 2,7 90,1 1, Lempola 6, 7 & 8 1 7, ,5 2,9 77,2 1, Lempola 6, 7 & 8 1 7, ,5 2,4 92,7 1, M61 Lempola 6, 7 & 8 1 7,6 M ,4 1,4 92,2 1, M50 Lempola 6, 7 & 8 1 7,6 M ,0 1,4 93,7 1, Lempola 6, 7 & , ,4 94,7 1, Lempola 6, 7 & , ,6 85,6 1, Lempola 6, 7 & , ,0 85,0 1, Lempola 6, 7 & , ,2 2,2 87,6 1, Lempola 6, 7 & , ,0 2,9 88,2 1, Lempola 6, 7 & , ,3 2,1 88,0 1, Lempola 6, 7 & , ,0 2,2 87,6 1, Lempola 6, 7 & , ,1 1,6 87,8 1, Lempola 6, 7 & , ,9 1,9 87,1 1, Lempola 6, 7 & , ,2 2,0 87,3 1, Lempola 6, 7 & , ,5 2,2 88,5 1, Lempola 6, 7 & , ,7 2,2 88,0 1, Lempola 6, 7 & , ,4 1,5 84,6 1, Lempola 6, 7 & , ,9 2,5 88,0 1, Lempola 6, 7 & , ,8 1,5 85,7 1, Liite 3 (2)

129 koe savi A w C w koe säil.lämpö säil.aika q u ε w ρ Ε 50 % kg/m 3 C d kpa % % g/cm 3 kpa M19 Lempola 6, 7 & ,6 M ,1 2,5 88,8 1, M22 Lempola 6, 7 & ,6 M ,7 2,4 90,4 1, M31 Lempola 6, 7 & ,6 M ,4 1,5 90,2 1, Saavi , ,2 2,4 54,6 1, Saavi , ,2 2,2 48,2 1, Saavi , ,8 1,9 54,3 1, Saavi , ,4 2,7 52,5 1, Saavi , ,4 2,0 52,5 1, Saavi , ,8 2,1 50,9 1, Saavi , ,2 2,0 51,5 1, Saavi , ,1 1,9 50,9 1, Saavi , ,8 1,9 51,4 1, Saavi , ,6 1,1 52,6 1, Saavi , ,1 1,8 52,7 1, Saavi , ,2 2,1 53,0 1, Saavi , ,1 0,9 53,3 1, Saavi , ,0 1,3 53,7 1, Saavi , ,5 1,7 53,4 1, M15 Saavi ,7 M ,6 0,6 53,7 1, M23 Saavi ,7 M ,6 1,1 54,0 1, M33 Saavi ,7 M ,1 0,7 53,6 1, Saavi , ,3 2,8 52,9 1, Saavi , ,9 2,4 53,1 1, Saavi , ,1 3,3 53,4 1, Saavi , ,0 2,3 51,7 1, Saavi , ,6 2,3 53,3 1, Saavi , ,0 2,7 54,0 1, Saavi , ,9 1,3 53,1 1, Saavi , ,7 1,7 52,8 1, Saavi , ,5 1,9 53,1 1, Saavi , ,0 1,7 52,9 1, Saavi , ,7 1,6 53,6 1, Saavi , ,5 2,1 53,7 1, Saavi , ,1 1,5 54,2 1, Saavi , ,1 1,0 54,7 1, Saavi , ,1 1,2 55,3 1, Liite 3 (3)

130 koe savi A w C w koe säil.lämpö säil.aika q u ε w ρ Ε 50 % kg/m 3 C d kpa % % g/cm 3 kpa M22B Saavi ,2 M22B ,5 1,4 54,6 1, M23B Saavi ,2 M23B ,9 1,6 53,7 1, M31B Saavi ,2 M31B ,2 1,6 54,8 1, M33B Saavi ,2 M33B ,8 1,6 54,3 1, M39B Saavi ,2 M39B ,6 2,2 54,9 1, M40B Saavi ,2 M40B ,9 2,0 54,9 1, M43 Saavi ,2 M ,6 1,1 54,6 1, M53 Saavi ,2 M ,3 1,3 55,1 1, M67 Saavi ,2 M ,1 1,4 54,9 1, M45 Saavi ,2 M ,0 1,6 54,8 1, M52 Saavi ,2 M ,4 1,6 54,5 1, M131 Saavi ,2 M ,3 1,6 54,9 1, M120 Saavi ,2 M ,7 1,1 54,6 1, M123 Saavi ,2 M ,9 0,8 55,0 1, M124 Saavi ,2 M ,9 1,0 55,3 1, Saavi , ,2 2,9 52,5 1, Saavi , ,9 3,7 54,7 1, Saavi , ,3 3,1 53,9 1, Saavi , ,7 3,1 53,4 1, Saavi , ,9 2,8 53,1 1, Saavi , ,2 4,1 52,9 1, Saavi , ,2 2,4 53,7 1, Saavi , ,8 2,4 54,6 1, Saavi , ,8 2,6 53,5 1, Saavi , ,6 3,3 54,3 1, Saavi , ,2 3,1 54,5 1, Saavi , ,5 2,2 54,9 1, Saavi , ,1 1,7 54,2 1, Saavi , ,3 2,7 53,0 1, Saavi , ,9 2,2 54,2 1, M13B Saavi ,6 M13B ,7 2,6 55,0 1, M15B Saavi ,6 M15B ,2 3,0 55,2 1, M19B Saavi ,6 M19B ,3 2,4 55,1 1, M42B Saavi ,6 M42B ,2 2,1 55,6 1, M43B Saavi ,6 M43B ,8 2,1 55,3 1, M50B Saavi ,6 M50B ,7 2,1 55,6 1, Liite 3 (4)

131 koe savi A w C w koe säil.lämpö säil.aika q u ε w ρ Ε 50 % kg/m 3 C d kpa % % g/cm 3 kpa M79 Saavi ,6 M ,8 1,668 M82 Saavi ,6 M ,2 2,0 55,1 1, M93 Saavi ,6 M ,8 2,4 55,6 1, M24 Saavi ,6 M ,7 1,0 55,9 1, M25 Saavi ,6 M ,8 1,9 55,3 1, M49 Saavi ,6 M ,7 2,0 55,1 1, M134 Saavi ,6 M ,3 2,2 56,1 1, M142 Saavi ,6 M ,7 1,7 55,9 1, M149 Saavi ,6 M ,4 1,2 54,4 1, Saavi , ,2 4,6 54,1 1, Saavi , ,2 4,6 54,1 1, Saavi , ,4 2,1 54,6 1, Saavi , ,3 3,8 54,8 1, Saavi , ,6 3,4 55,2 1, Saavi , ,4 2,6 54,6 1, Saavi , ,5 10,0 54,4 1, Saavi , ,0 5,5 54,8 1, Saavi , ,0 10,0 53,7 1, Saavi , ,7 2,4 53,6 1, Saavi , ,9 2,1 54,5 1, Saavi , ,3 1,9 54,2 1, Saavi , ,6 2,4 54,7 1, Saavi , ,2 2,1 55,1 1, Saavi , ,9 1,9 55,6 1,711 M94 Saavi ,1 M ,8 7,1 55,4 1, M100 Saavi ,1 M ,4 4,2 55,6 1, M109 Saavi ,1 M ,9 6,9 55,2 1, Saavi 1 0,5 5, ,0 10,0 52,3 1, Saavi 1 0,5 5, ,5 10,0 53,6 1, Saavi 1 0,5 5, ,0 10,0 51,7 1, Saavi 1 0,5 5, ,3 6,8 54,2 1, Saavi 1 0,5 5, ,6 10,0 53,8 1, Saavi 1 0,5 5, ,6 10,0 55,1 1, Saavi 1 0,5 5, ,0 10,0 55,4 1, Saavi 1 0,5 5, ,0 10,0 55,9 1, Saavi 1 0,5 5, ,0 10,0 56,1 1, Liite 3 (5)

132 koe savi A w C w koe säil.lämpö säil.aika q u ε w ρ Ε 50 % kg/m 3 C d kpa % % g/cm 3 kpa M17C Saavi 1 0,5 5,3 M17C ,3 5,0 56,0 1,651 M45C Saavi 1 0,5 5,3 M45C ,1 6,0 55,8 1,651 M73C Saavi 1 0,5 5,3 M73C ,4 3,5 52,7 1, Saavi , ,0 10,0 53,7 1, Saavi , ,5 10,0 53,7 1, Saavi , ,5 10,0 52,0 1, Saavi , ,0 10,0 53,6 1, Saavi , ,0 10,0 54,4 1, Saavi , ,0 10,0 54,4 1, Saavi , ,8 10,0 55,0 1, Saavi , ,0 10,0 53,5 1, Saavi , ,0 10,0 53,7 1, M78C Saavi ,5 M78C ,0 10,0 54,5 1, M79C Saavi ,5 M79C ,0 10,0 55,5 1, Lempola 6, 7 & , ,0 10,0 87,8 1, Lempola 6, 7 & , ,0 10,0 87,5 1, Lempola 6, 7 & , ,3 5,9 88,0 1, Lempola 6, 7 & , ,9 5,6 86,5 1, Lempola 6, 7 & , ,0 5,2 87,2 1, Lempola 6, 7 & , ,8 4,9 86,7 1, Lempola 6, 7 & , ,5 4,0 88,6 1, Lempola 6, 7 & , ,0 10,0 89,8 1, Lempola 6, 7 & , ,0 10,0 87,6 1, M132c Lempola 6, 7 & ,3 M132c ,1 2,5 88,9 1,467 M138C Lempola 6, 7 & ,3 M138C ,1 1,6 89,2 1,504 M146C Lempola 6, 7 & ,3 M146C ,9 2,4 89,2 1,505 testi2_pieni Kenttä 1 30 testi2_pieni ,0 10,0 36,5 1, Kenttä ,4 5,4 35,7 1, Kenttä ,2 3,7 33,2 1, Kenttä ,0 2,3 35,6 1, Kenttä ,9 4,0 32,8 1, Kenttä ,0 2,4 32,7 1, Kenttä ,2 2,1 33,6 1, testi_m147b Kenttä 1 30 testi_m147b ,4 3,7 39,5 1, M53B Kenttä 1 30 M53B ,0 3,4 36,7 1, M56B Kenttä 1 30 M56B ,5 2,7 36,8 1, Liite 3 (6)

133 koe savi A w C w koe säil.lämpö säil.aika q u ε w ρ Ε 50 % kg/m 3 C d kpa % % g/cm 3 kpa M59B Kenttä 1 30 M59B ,2 1,3 37,1 1, M61B Kenttä 1 30 M61B ,7 2,9 37,3 1, M67B Kenttä 1 30 M67B ,6 2,3 39,2 1, M73B Kenttä 1 30 M73B ,1 1,6 36,6 1, M78B Kenttä 1 30 M78B ,6 1,4 37,1 1, M79B Kenttä 1 30 M79B ,7 1,0 35,6 1, M82B Kenttä 1 30 M82B ,8 1,6 36,2 1, M93B Kenttä 1 30 M93B ,0 2,5 37,9 1, M94B Kenttä 1 30 M94B ,2 1,3 37,1 1, B_A Kenttä B_A >28 198,0 3,6 31,0 1, B_B Kenttä B_B >28 188,2 5,0 33,2 1, D Kenttä D >28 265,7 1,3 45,2 1, E Kenttä E >28 84,2 4,0 42,8 1, F Kenttä F >28 85,6 8,2 38,4 1, G Kenttä G >28 321,1 3,2 36,5 1, H Kenttä H >28 175,0 10,0 37,6 1, Liite 3 (7)

134 Isojen ja pienten koekappaleiden vesipitoisuuksien ja puristuslujuuksien vertailu. A w C w W/C Säilytysaika Vesipit. isot Vesipit. pienet (ka), w i (ka), w p w i -w p Lujuus, isot (ka), Lujuus, pienet q u, i (ka), q u, p q u, i / q u, p % kg/m 3 d % % %-yks kpa kpa Lempola 6,7 & ,2 19,0 7 89,2 87,5 1,73 103,6 121,2 0,85 Lempola 6,7 & ,6 23,8 7 89,8 87,5 2,30 56,7 73,7 0,77 Lempola 6,7 & ,9 31,7 7 90,9 89,2 1,63 27,4 33,0 0,83 Lempola 6,7 & ,3 47,5 7 89,1 87,8 1,33 11,7 13,0 0,90 Lempola 6,7 & 8 1 7,6 95,0 7 93,3 91,2 2,12 6,8 9,2 0,74 SAAVI ,7 19,0 7 53,8 51,3 2,50 250,8 281,5 0,89 SAAVI ,2 23,8 1 54,4 53,0 1,33 103,2 139,2 0,74 SAAVI ,2 23,8 3 54,7 53,6 1,13 119,8 172,2 0,70 SAAVI ,2 23,8 7 54,9 53,0 1,87 141,0 196,5 0,72 SAAVI ,2 23, ,7 53,4 1,33 165,6 231,7 0,71 SAAVI ,2 23, ,0 54,7 0,23 221,5 251,8 0,88 SAAVI ,6 31,7 1 55,1 53,7 1,40 50,7 101,6 0,50 SAAVI ,6 31,7 3 55,5 53,1 2,37 66,2 99,5 0,67 SAAVI ,6 31,7 7 55,2 53,9 1,23 68,2 98,4 0,69 SAAVI ,6 31, ,4 54,6 0,87 103,4 110,5 0,94 SAAVI ,6 31, ,5 53,8 1,67 114,5 140,9 0,81 SAAVI ,1 47,5 7 55,4 54,3 1,10 28,0 50,3 0,56 SAAVI ,5 95,0 7 55,0 53,1 1,87 17,7 23,7 0,74 SAAVI 1 0,5 5,3 190,0 7 54,8 52,5 2,30 9,0 12,3 0,73 KENTTÄ ,9 34,8 3,03 164,8 191,2 0,86 KENTTÄ ,1 33,0 4,03 228,3 437,6 0,52 KENTTÄ ,5 36,5 3,00 112,4 155,2 0,72 min 0,23 min 0,50 maks 4,03 maks 0,94 ka 1,84 ka 0,75 Liite 4

135 VEDENLÄPÄISEVYYS JOUSTAVASEINÄISELLÄ VEDENLÄPÄISEVYYSLAITTEISTOLLA VAKIOPAINEKOE pvm AL Paikka: Lempola Koe n:o 6sw Tutkimus, tilaaja: SAAVI 1, Aw = 2% Syvyys: 0,1 0,3 Selli n:o 1 Piste, paalu: Näytteenottopiste 1 Käsittelijä: A. Leivo Näyte n:o M147 Huom. ENNEN KOETTA KOKEEN JÄLKEEN Massa, m 276,6 g Massa, m 268,96 g Optimivesipitoisuus % Halkaisija, d 49,82 mm Halkaisija, d 49,46 mm Maksimikuivatiheys kg/m³ Korkeus, L 84,95 mm Korkeus, L 82,28 mm Maksimikuivatilavuuspaino kn/m³ Vesipitoisuus, w 57 % Vesipitoisuus, w 53 % Märkäirtotiheys 1670 kg/m³ Märkäirtotiheys 1701 kg/m³ Käytetty liuos tislattu, ilmaton vesi Kuivairtotiheys 1063 kg/m³ Kuivairtotiheys 1115 kg/m³ Lämpötila, T 20 C Kyllästysaste, Sr 99,8 % Kyllästysaste 99,6 % Kyllästysasteen muutos % Huokosluku, e 1,6 Huokosluku, e 1,4 Huokoisuus, n 60,9 % Huokoisuus, n 59,0 % HUOM! Sullonta-aste % Sullonta-aste % VEDENLÄPÄISEVYYS (neljän viimeisimmän mittauksen mukaan, menovesi) k 20 C (keskiarvo) 5,8E-10 m/s keskihajonta 2,1E-11 m/s k 20 C (mediaani) 5,9E-10 m/s k T (keskiarvo) 5,8E-10 m/s Vedenläpäisevyys 1,0E-08 1,0E-09 1,0E-10 menovesi tulovesi Vedenläpäisevyys, k (m/s) 1,0E Aika (h) (menovesi/tulovesi)*10 gradientti Aika (h) Käytetyt paineet Paine (kpa) sellipaine etupaine takapaine tehokas jännitys Aika (h) Liite 5 (1)

136 VEDENLÄPÄISEVYYS JOUSTAVASEINÄMÄISELLÄ VEDENLÄPÄISEVYYSLAITTEISTOLLA VAKIOPAINEKOE pvm AL/TKK Paikka: Lempola Koe n:o 4sw Tutkimus, tilaaja: SAAVI 1, Aw = 3 % Syvyys: 0,1 0,3 Selli n:o 1 Piste, paalu: Näytteenottopiste 1 Käsittelijä: A. Leivo Näyte n:o M13B Huom. Rinnakkaisnäyte Luopioisiin lähetetyille näytteille. ENNEN KOETTA KOKEEN JÄLKEEN Massa, m 316,91 g Massa, m 319,3 g Optimivesipitoisuus % Halkaisija, d 49,94 mm Halkaisija, d 49,78 mm Maksimikuivatiheys kg/m³ Korkeus, L 97,91 mm Korkeus, L 97,55 mm Maksimikuivatilavuuspaino kn/m³ Vesipitoisuus, w 57 % Vesipitoisuus, w 57 % Märkäirtotiheys 1620 kg/m³ Märkäirtotiheys 1682 kg/m³ Käytetty liuos tislattu, ilmaton vesi Kuivairtotiheys 1030 kg/m³ Kuivairtotiheys 1069 kg/m³ Lämpötila, T 20 C Kyllästysaste, Sr 95,1 % Kyllästysaste 101,1 % Kyllästysasteen muutos % Huokosluku, e 1,6 Huokosluku, e 1,5 HUOM. Huokoisuus, n 62,1 % Huokoisuus, n 60,7 % Huokoskivet testattu kokeen jälkeen. Sullonta-aste % Sullonta-aste % Kokeen alkuvaiheessa sekä meno- että tuloveden VEDENLÄPÄISEVYYS (neljän viimeisimmän mittauksen mukaan, menovesi) mukaan mitatut vedenläpäisevyydet olisivat negak 20 C (keskiarvo) 6,1E-10 m/s keskihajonta 2,2E-10 m/s tiivisia. Syy: tulovesi: näyte on imaissut vettä. Menok 20 C (mediaani) 6,3E-10 m/s k T (keskiarvo) 6,0E-10 m/s vesi:? Vedenläpäisevyys 1,0E-07 1,0E-08 1,0E-09 1,0E-10 menovesi tulovesi Vedenläpäisevyys, k (m/s) 1,0E Aika (h) (menovesi/tulovesi)*10 gradientti Aika (h) Käytetyt paineet sellipaine etupaine takapaine tehokas jännitys Aika (h) Paine (kpa) Liite 5 (2a)

137 Liite 5 (2b)