Menetelmäkuvaus TPPT 13

TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEET TUTKIMUSOHJELMA 1994-2001 Menetelmäkuvaus TPPT 13 Espoo, 5.12.2001 TIEN RAKENNEKERROSTUTKIMUKSET Antenni Leena Korkiala-Tanttu Heikki Onninen VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka

1 Alkusanat Tien pohja- ja päällysrakenteet tutkimusohjelman (TPPT) lopputulosten tavoitteena on entistä kestävämpien uusien ja perusparannettavien kestopäällystettyjen teiden rakentaminen siten, että myös rakenteiden vuosikustannukset alenevat. TPPT-ohjelmassa kehitettiin tierakenteiden mitoitusta (TPPT-suunnittelujärjestelmä). Suunnittelujärjestelmään kuuluvissa mitoitusohjeissa ja menetelmäkuvauksissa esitetään ne menettelytavat ja keinot, joita käyttäen tierakenne voidaan kohdekohtaisesti suunnitella ja mitoittaa. TPPT-suunnittelujärjestelmään sisältyy myös päällysrakenteen elinkaarikustannustarkastelu, jonka suorittamiseksi esitetään menettelytapa. Suunnittelujärjestelmälle on ominaista, että tierakenteen mitoitus tapahtuu paikkakohtaisilla tiedoilla ja parametreilla (liikenne, ilmasto, pohjamaa, käytettävät rakennemateriaalit, vanhat rakenteet). Mitoituksessa käytettävien pohjamaata ja rakennemateriaaleja koskevien parametrien määritys tapahtuu ensisijaisesti laboratoriokokeilla tai maastossa tehtävin mittauksin ja tutkimuksin. Myös muiden mitoituksessa tarpeellisten lähtötietojen hankinnassa ja ongelmakohtien tai muutoskohtien paikannuksessa käytetään maastossa ja tiellä tehtäviä havaintoja ja mittauksia. Suunnittelujärjestelmään kuuluvat oleellisena osana sitä täydentävät suunnittelun ja mitoituksen lähtötietojen hankintaa käsittelevät menetelmäkuvaukset. Esitettävät menetelmät ja menettelytavat on todettu käyttökelpoisiksi käytännön havaintojen ja kokeiden perusteella. TPPT-ohjelman tuloksena laaditaan myös yhteenveto ohjelmaan sisältyneistä, mitoitusohjeiden laadinnassa hyväksikäytetyistä koerakenteista sekä yhteenveto tien rakennekerrosten materiaaleista ja niiden valintaan vaikuttavista tekijöistä. Tämän "Tien rakennekerrostutkimukset" menetelmäkuvauksen ovat laatineet Leena Korkiala-Tanttu ja Heikki Onninen VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikasta. Menetelmäkuvauksen sisältö on käyty läpi yhdessä Tieliikelaitoksen ja Tiehallinnon asiantuntijoiden kanssa. Joulukuussa 2001 Markku Tammirinne

2 Sisältö 1 TIEN RAKENNETUTKIMUSTEN TARKOITUS JA SUUNNITTELU... 3 1.1 Mittausten ja tutkimusten tarkoitus... 3 1.2 Tutkimusten suunnittelu... 4 2 MAATUTKALUOTAUKSET... 6 2.1 Maatutkaluotausten periaate... 6 2.2 Eri maatutkamittausmenetelmät... 6 2.3 Maatutkatulokseen vaikuttavia tekijöitä... 8 2.4 Vaurioiden syiden selvitys ja muiden poikkeavuuksien havaitseminen... 11 2.5 Suositeltavat tutkimusajankohdat... 11 3 KOEKUOPPATUTKIMUKSET... 12 3.1 Kuopan sijainti, syvyys ja työturvallisuus... 12 3.2 Rakennekerrospaksuuksien mittaus... 13 3.3 Näytteenotto ja näytteiden käsittely... 14 3.4 Koekuoppien täyttö... 15 4 MUUT NÄYTTEENOTTOMENETELMÄT... 16 4.1 Putkinäytteenotin... 16 4.2 Autokaira... 17 4.3 Päällystenäytteet... 17 5 DIELEKTRISYYDEN MUUT MITTAUSMENETELMÄT... 17 6 RADIOMETRISET MITTAUKSET... 18 6.1 Radiometrinen pintamittaus... 18 6.2 Radiometrinen putkimittaus... 18 7 MUUT RAKENNETUTKIMUKSET MAASTOSSA JA LABORATORIOSSA... 19 7.1 Rakennekerrosnäytteiden alustava luokittelu... 19 7.2 Rakennekerrosnäytteiden laboratoriotutkimukset... 19 7.3 Lämpöteknisten ominaisuuksien määritys... 20 8 ERI MITTAUSTEN YHDISTÄMINEN... 20 9 MITTAUSTEN TULOSTAMINEN... 25 10 KIRJALLISUUS... 25 11 LIITTEET... 25

3 1 TIEN RAKENNETUTKIMUSTEN TARKOITUS JA SUUNNITTELU 1.1 Mittausten ja tutkimusten tarkoitus Tien rakennetutkimukset ovat osa vanhan rakenteen tilan selvitykseen liittyviä tutkimuksia (kts. menetelmäkuvaus TPPT 21 Mitoituksen lähtötietojen hankkiminen). Tietoa olemassa olevan tien rakennekerrospaksuuksista, -materiaaleista, laadusta sekä pohjamaan materiaalista ja laadusta tarvitaan rakenteen parantamis- ja korjaussuunnittelussa. Tässä menetelmäkuvauksessa esitetään rakennekerrostutkimuksia, joilla saadaan tietoa rakennekerrospaksuuksista, rakennekerrosten materiaaleista ja pohjamaan pintaosasta. Kaikkien tässä kuvattavien maasto- ja laboratoriomittausmenetelmien luotettavan käytön edellytyksenä on kyseisen mittausmenettelyn ja sen rajoitusten hyvä tuntemus sekä mittausten oikea ja huolellinen suoritus. Varsinaisia pohjatutkimuksia ei tässä yhteydessä käsitellä. Perusparannettavan tai korjattavaan tiekohteen tutkimustarve riippuu ratkaisevasti siitä, mihin tavoitteeseen pyritään. Joskus tehdään tutkimuksia koko rakenteen uusimista varten, joskus pelkästään routamitoitustarpeisiin ja joskus vain päällysteen korjaamista varten. Vaurioiden syiden selvittäminen on edellytys sille, että uusi rakenne voidaan suunnitella siten, että vaurioiden uusiutuminen voidaan estää. Tutkimustarve riippuu myös siitä, missä kunnossa tie on, miten se on aikoinaan rakennettu ja onko tiestä käytettävissä luotettavia suunnitelmia. TPPT-suunnittelujärjestelmä koostuu routa- ja kuormituskestävyysmitoituksesta sekä painumalaskennasta. Tietoa rakennekerrospaksuuksista sekä rakennekerrosten ja alusrakenteen/pohjamaan ominaisuuksista tarvitaan kaikkiin näihin tarkasteluihin. Routakestävyysmitoituksessa tarvitaan tietoa routimattomien kerrosten paksuuksista ja ominaisuuksista sekä mahdollisesti routivien tai sulamispehmenevien kerrosten sijainnista ja paksuudesta (Mnetelmäkuvaus TPPT 18 Tierakenteen routamitoitus). Tutkimuksilla ja mittauksilla selvitetään ne kerrokset, joille voidaan soveltaa samoja lämpöteknisiä parametreja. Uuden rakenteen kuormituskestävyysmitoituksessa tarvitaan lähtötietoa sidottujen kerrosten kokonaispaksuuksista, alempien sidottujen kerrosten laadusta / kunnosta sekä sitomattomien kerrosten kerrosten paksuuksista, laadusta, rakeisuuksista ja kosteusvaihteluista tien pituussuunnassa (Menetelmäkuvaus TPPT 17 Kuormituskestävyysmitoitus. Päällysrakenteen väsyminen). Myös pudotuspainomittausten perusteella tehtävien ns. takaisinlaskentojen perustaksi tarvitaan tietoja rakennekerroksista (kts. menetelmäkuvaus TPPT 2 Rakennekerrosmoduulien takaisinlaskenta sekä jännitysten ja muodonmuutosten laskenta). Tierakenteen painumalaskennassa tarvitaan tietoa pohjamaata kuormittavien kerroksien paksuuksista sekä tilavuuspainoista (Menetelmäkuvaus TPPT 19 Tien jatkuvan painumaprofiilin laskenta pikselimallilla). Kun tunnetaan penkereen/rakenteen alapinnan asema suhteessa alkuperäiseen maanpintaan, voidaan arvioida jo tapahtuneen painuman suuruutta ja nopeutta. Myös tien pintaan lisättyjen kerrosten paksuuksista ja massamääristä voidaan arvioida tapahtunutta painumaa ja saada tietoa tien kuormitushistoriasta.

4 1.2 Tutkimusten suunnittelu 1.2.1 Olemassa olevat suunnitelmatiedot Jo ennen maastomittausten ja rakennetutkimusten suunnittelua sekä ohjelmointia on selvitettävä, onko tutkittavalta tieosuudelta olemassa rakennus- tai tiesuunnitelmatasoisia suunnitelmia. Jos suunnitelmia löytyy, etsitään esimerkiksi tyyppipiirustuksista ja pituusleikkauksista rakennekerrospaksuuksia koskevat tiedot. Myös pohjanvahvistustavat on hyödyllistä selvittää. Näiden tietojen perusteella saadaan likimääräinen arvio eri alueiden kerrospaksuuksista ja käytetyistä rakennusmateriaaleista. Näin voidaan ohjata maastotutkimuksia yhtenäisten rakenteiden alueille (homogeeniset osuudet) ja toisaalta rakenteiden muutoskohtien lähistölle etenkin, jos niissä esiintyy vaurioita tai muita ongelmia. Suunnitelmista saatavat kerrospaksuus- ja materiaalitiedot sekä niiden muutoskohdat on kuitenkin aina syytä varmistaa maastotutkimuksin. Myös erilaiset tie- ja kuntorekistereissä olevat tiedot kerätään lähtötiedoiksi. Lähtötietoja täydennetään vielä tien- ja kunnossapitäjän haastatteluilla. 1.2.2 Tutkimusten kohdistaminen Rakennetutkimuksilla selvitetään vanhan tierakenteen ja sen alusrakenteen tilaa ja kuntoa. Rakennetutkimuksia kohdistetaan enemmän sellaisille alueille, missä on havaittu ongelmia vanhan rakenteen käyttäytymisessä ja toisaalta sinne, missä tehdään laajempia parannustöitä, kuten esimerkiksi tien levennys. Ongelmakohtien paikannuksessa käytetään hyväksi mm. olemassa olevia suunnitelma-asiakirjoja (tietoja tierakenteesta ja pohjasuhteista) sekä vauriokartoituksen, tasaisuusmittausten ja routanousumittausten tuloksia. Viime aikoina ainetta rikkomattomat tierakenteen tutkimusmenetelmät ovat kehittyneet ja niiden käyttö on yleistynyt. Maatutkaluotaus on tässä esitettävän tutkimuskokonaisuuden perustutkimustapa, jonka avulla suunnataan muiden tutkimusten sijaintia, määrää ja laatua. Tutkimusten alussa tehdään koko tutkimusalueen kattava ja riittävän syvälle alusrakenteeseen/pohjamaahan ulottuva maatutkaluotaus yhtä mittauslinjaa pitkin. Sen avulla määritellään tarkempia tutkimuksia edellyttävät kohteet ja referenssitutkimusten paikat. 1.2.3 Tutkimusten laajuus ja syvyysulottuvuus Tien rakennekerrospaksuudet määritetään yleensä useammalla rinnakkaisella menetelmällä esimerkiksi tekemällä maatutkaluotauksia, kaivamalla koekuoppia, ottamalla erilaisia näytteitä tai tekemällä radiometrisiä mittauksia jne. Paras tulos saadaan, kun jatkuvaan profiilimittaukseen, kuten maatutkamittaukseen, liitetään pistemäistä tietoa (koekuoppa, näytteenotto, putkikairaus, radiometrinen mittaus tms.). Pistemäisillä mittauksilla voidaan tarkistaa ja kalibroida jatkuvan mittauksen tulkintaa. Tien perusparantamisen normaalina tutkimus- ja mittausmääränä voidaan pitää maatutkaluotausta sekä sitä täydentävää näytteenottoa tai pistekohtaista maatutkausta sekä pudotuspainomittauksia. Tutkimuksien määrä lisätään erityisissä ongelmakohteissa, kuten laajemmat routavaurioalueet jne. Jos tiekohde on "rakentamaton" tai se aiotaan kokonaan uusia, ei maatutkaluotauksesta ole merkittävää hyötyä. Tien rakennetutkimuksiin liittyy yleensä saumattomasti myös alusrakenteen/pohjamaan pintaosan tutkimukset. Käytännössä esimerkiksi maatutkauksen sopiva tavoitesyvyys on sellainen, että tietoa saadaan hieman suurinta roudan syvyyttä syvemmältäkin (olemassa olevan ja myös suunniteltavan tierakenteen alta).

5 Routamitoituksen kannalta tutkimukset tulee ulottaa arvioidun routarajan alapuolelle. Routarajan syvyys (z, mm) saadaan pakkasmäärän (F, Kh) avulla kaavalla (1). z =12 F (1) jossa pakkasmäärä on mitoitustalven pakkasmäärä, esimerkiksi F 20 (kts. Menetelmäkuvaus TPPT 4 Ilmastorasitus). Painumamittaus- ja painumalaskentakohteissa rakennetutkimukset tulisi ulottaa ympäröivän maanpinnan alapuolelle, jolloin voidaan arvioida tapahtuneen painuman suuruutta. Pohjamaan painumaominaisuuksien määrityksessä tarvittavat tutkimukset ulotetaan luonnollisesti syvemmälle, mutta niitä ei käsitellä tässä yhteydessä. Kuormituskestävyysmitoituksessa tutkimukset tulee ulottaa pohjamaan pintakerrokseen asti. TPPT-suunnittelujärjestelmän mukaiseen kuormituskestävyysmitoitukseen liittyy myös pohjamaan deformoitumisen (urautumisen) arviointi (Raportti TPPT 23 Pohjamaan urautumisen arviointi kevätkantavuusvaiheessa). Deformoituminen riippuu mm. materiaalin sulamispehmenemisen määrästä ja kestosta, jotka taas riippuvat materiaalin routivuudesta/routanoususta ja vedenläpäisevyydestä (rakeisuudesta). 1.2.4 Vaurioiden syiden selvitys Rakennekerrostutkimuksilla ja pohjamaan pintaosan tutkimuksilla selvitetään myös vaurioiden syitä. Tien vauriokartoitusta on käsitelty Menetelmäkuvauksessa TPPT 15 Tien vauriokartoitus ja vaurioiden kuvaus. Routavaurioiden syinä voivat olla rakennekerrosten tai pohjamaan routiminen. Routiminen aiheuttaa routanousua ja erityisesti epätasaiset routanousut vaurioittavat tierakennetta. Routanousun epätasaisuuteen vaikuttavat alusrakenteen/pohjaamaan muutoskohdat (routanousuominaisuuksissa), tierakenteen kuivatusolosuhteet, epäjatkuvuudet rakenteissa (rummut tms.) sekä liian lyhyet tai puuttuvat siirtymärakenteet eri rakenneratkaisujen välillä. Tutkimusten periaate on, että ensin selvitetään muutoskohtien sijainti esimerkiksi olemassaolevan suunnitelmatiedon ja maatutkauksen avulla ja verrataan niitä vaurio-, tasaisuus- ja routanousutietoihin. Lopuksi selvitetään tarkemmilla lisätutkimuksilla, millaisia tierakenteet ja pohjamaa muutoskohdan eri osilla ovat. Pelkän uudelleen päällystyksen yhteydessä on selvitettävä ainakin pahimpien päällystevaurioiden syyt, jotta vaurio ei uusiutuisi välittömästi. Kantavuuspuutteiden ja deformoitumisen aiheuttamien vaurioiden selvittämistä varten on selvitettävä mm. rakennepaksuudet, rakenteen ja pohjamaan materiaalit (vesipitoisuus, rakeisuus ja joskus myös mineraalikoostumus) sekä tiepoikkileikkauksen muoto suhteessa liikenteen kuormituskohtaan sekä luiskatäytteen materiaalit. Kohteissa, joissa vaurio on todennäköisesti aiheutunut pohjamaan painumisesta, myös pohjamaan painumisominaisuuksien ja rakennekerrosten tilavuuspainojen määritykset saattavat olla tarpeen. Pohjamaan tarkempia tutkimusmenetelmiä ei esitetä tässä menetelmäkuvauksessa.

6 2 MAATUTKALUOTAUKSET 2.1 Maatutkaluotausten periaate Maatutka (GPR = Ground Penetration Radar) lähettää tierakenteeseen korkeataajuista sähkömagneettista signaalia, joka heijastuu väliaineiden sähköisten ominaisuuksien muutospinnoilta takaisin rekisteröivään antenniin. Tierakenteessa ominaisuusmuutoksia aiheuttavat pääasiassa kerrosten materiaalivaihtelut sekä kosteus- ja tiiviyserot. Tierakenteessa materiaaliltaan eroavien kerrosrajojen lisäksi voidaan erottaa mm. rakentamisen aikana syntyneitä tiivistyksen rajapintoja, päällysteen halkeamia, rakenteiden kosteuseroja tai -muutoksia, rumpuputkia, lohkareita sekä tiehen asennettuja teräsverkkoja tai muita vieraita esineitä. Tietoa saadaan kuitenkin vain mittauslinjan kohdalta ja sen välittömästä lähiympäristöstä, ei koko tien leveydeltä. Tässä menetelmäkuvauksessa maatutkamittauksista on käytetty yleisnimitystä maatutkaluotaus tai pelkästään maatutkaus.. Maatutkaus soveltuu olemassa olevan tierakenteen rakennekerrosrajojen määritykseen. Maatutkaus on nopea ja taloudellinen tapa hankkia jatkuva pituusprofiili tierakenteesta. Käyttämällä eri taajuisia antenneja voidaan luotaussyvyyteen ja -tarkkuuteen vaikuttaa. Kerrosrajojen tulkinnan tarkkuus riippuu referenssiaineiston määrästä ja laadusta. Tulkinnassa tarvittavat päällysteen ja kantavan kerroksen todelliset dielektrisyysvakiot lasketaan referenssitietojen perusteella. Muiden kerrosten dielektrisyysvakiot voidaan mitata esimerkiksi dielektrisyysmittarilla tai maatutkakairauksella tai määrittää maatutkatuloksista referenssiaineiston avulla. Tierakenteen tutkimiseen käytetään ensisijaisesti jatkuvaa maatutkaluotausta, jolloin vastaanotettu signaali voidaan tulostaa jatkuvana profiilina. Kun tunnetaan aallon nopeus, voidaan heijastusten aikaerosta laskea aallon kulkema matka ja edelleen määrittää eri kerrosten paksuudet. Tämän laskennan ja tulkinnan laadun takaamiseksi tarvitaan myös pistemäistä referenssitietoa, jonka avulla kerrospaksuustiedot voidaan tarkistaa ja tarvittaessa muuttaa tulkintaoletuksia väliaineiden dielektrisyysvakioista yms. Maatutkaluotausta on käsitelty yksitysikohtaisesti mm. julkaisussa: Geofysikaaliset tutkimusmenetelmät. Maatutkaluotaus. Suomen geoteknillinen yhdistys r.y. ja Rakentajain Kustannus Oy, 1991. 2.2 Eri maatutkamittausmenetelmät Jatkuvalla maatutkaluotauksella tarkoitetaan pitkältä, yhtenäiseltä mittalinjalta tehtyä mittausta, joka tulostetaan pituusprofiilimaisena (kuva 1a). Pistekohtaisella maatutkaluotauksella tarkoitetaan maatutkaluotauksia, jotka tehdään yksittäisen pisteen ympärillä kasvattamalla lähettimen ja vastaanottimen välimatkaa asteittain. Sen tuloksena saadaan kerroskohtaiset dielektrisyyskertoimet. Liitteissä on esitetty erilaisia esimerkkitapauksia jatkuvista pituus- ja poikkisuuntaisista maatutkaluotauksista sekä pistekohtaisista maatutkauksista.

7 L = lähetin V = vastaanotin d 3 d 2 d 1 L V L L L V V V a. Jatkuva maatutkaluotaus. b. Pistekohtaisen maatutkaluotaus (tierakennetutkimuksissa d 3 on noin 2 m). Kuva 1. Jatkuvan ja pistekohtaisen maatutkaluotauksen periaatteet. 2.2.1 Jatkuva maatutkaluotaus Jatkuvalla maatutkaluotauksella voidaan luoda pitkän, yhtenäisen mittauslinjan pituusprofiili. Jatkuva maatutkaus voidaan tehdä myös tien poikkisuuntaan, jolloin voidaan selvittää poikkisuuntaista rakennekerrospaksuuksien vaihtelua mm. painuneen tierakenteen muotoa tai tierakenteen paksuutta sivukaltevassa maastossa. Liitteessä 2 on esitetty tällainen tapaus. Jatkuvaa luotausta tehtäessä tutkaa kuljetetaan auton perässä tai puomirakenteen avulla auton edessä. Mittausten poikkisuuntainen sijainti on kohdekohtaista ja riippuu mittausten tavoitteesta. Kun halutaan selvittää päällysrakenteiden kokonaispaksuudet, mittaus kannattaa suorittaa urien välialueelta. Jos taas ollaan kiinnostuneita päällysrakenteen jäljellä olevasta paksuudesta tai rakennekerrosten kunnosta, mittaukset on syytä sijoittaa mahdollisimman tarkasti ajouriin. Ajourien oikaisutaipumus aiheuttaa vähäisen virheen matkalukemiin. Tällöin on kiinnitettävä erityistä huomiota ajolinjoihin, sillä poikkisuuntainen mittaustoleranssi on yleensä hyvin pieni. Mittaukset tehdään tien molemmista ajosuunnista kahdella taajuusalueilla (1-2.5 GHz ja 200-500 MHz). Tällöin tutkittavalle tieosuudelle mitataan siis yhteensä neljä pituusprofiilia. 2.2.2 Pistekohtainen maatutkaluotaus, erityispiirteet Pistekohtaisilla maatutkaluotauksilla voidaan määrittää kerrospaksuudet, maakerrosrajat ja rakennemateriaalien dielektrisyysarvot. Kun samassa kohdassa tehdään mittauksia siten, että vastaanottimen ja lähettimen välistä etäisyyttä muutetaan, voidaan eri kerrosten dielektrisyydet ratkaista. Edellytyksenä kuitenkin on, että tutkittavassa kohdassa esiintyy kerrosrajoja, joista maatutkasignaalit heijastuvat ja että kerrokset ovat tasapaksuisia riittävän pitkältä matkalta (kts. kuva 1b ). Näitä dielektrisyysarvoja käyttäen saadaan rakennekerrospaksuudet määritettyä kohtuullisen luotettavasti ilman muuta referenssiaineistoa. Koska dielektrisyys kuvaa maan tilavuusvesipitoisuutta ja vesipitoisuus taas kuvaa yleensä maan savipitoisuutta, voidaan maatutkaluotauksilla arvioida myös tien alusrakenteen/pohjamaan routivuutta, lähinnä routivuuden muutoskohtia. Routivuuskertoimen arvo on määritettävä muilla tavoin (kts. Menetelmäkuvaus TPPT 7 Routimiskertoimen määritys).

8 2.3 Maatutkatulokseen vaikuttavia tekijöitä Maatutkaluotaus reagoi maan vesipitoisuuden muutoksiin, koska tulkinnassa käytettävä dielektrisyyskerroin (signaalin etenemisnopeus) riippuu vesipitoisuudesta. Kuvassa 2 on esitetty dielektrisyyskertoimen ja vastaavan vesipitoisuuden suhde. On huomattava, että vesipitoisuus on esitetty tilavuusprosentteina, ei tavanomaisina painoprosentteina. Dieklektrisyysvakion ja vesipitoisuuden yhteys on monimutkainen, eikä sitä voida kuvata yhdellä suhteella. Kuvassa on esitetty rajat, joiden välillä dielektrisyys-vesipitoisuussuhde liikkuu. Selvät vesipitoisuuden vaihtelut on otettava huomioon tulkinnassa (vrt. kuva 3). 2.3.1 Maatutkamittausten tarkkuus Tutka-aallon pituus ja tunkeutumissyvyys määrittävät eri antennien käyttöalueen. Yhdellä antennilla ei voida riittävällä tarkkuudella mitata koko tierakennetta. Maatutkaus on aina tarpeen suorittaa vähintään kahdella antennilla. Korkeataajuisilla antenneilla, 1-2,5 GHz, mitataan tien pintarakennetta eli päällysteen ja kantavan kerroksen paksuutta. Matalamman taajuuden omaavilla antenneilla (100-500 MHz) mitataan tien alempia rakennekerroksia ja alusrakennetta sekä vaurioiden syytä /Tielaitos 1999/. Tutkasignaalin tunkeutumissyvyyteen vaikuttavat antennin taajuus ja väliaineen sähköiset ominaisuudet. Korkeataajuinen signaali vaimenee nopeammin kuin matalataajuinen. Sähköisesti johtavat väliaineet, kuten savi tai suolattu tienpinta, vaimentavat signaalia tehokkaammin kuin sähköisesti eristävät materiaalit kuten asfaltti, hiekka ja sora /Tielaitos 1999/. Maatutkan pystyerotuskyky, eli kyky havaita erillisiksi kerroksiksi lähellä toisiaan olevia likimain samanalaisia kerroksia, riippuu tutka-aallon pituudesta kyseisessä väliaineessa ja on noin puolen aallonpituuden luokkaa. Käytettäessä 1 GHz:n antennia erotuskyky on tiemateriaaleissa luokkaa 50-70 mm ja 500 MHz:n antenneilla 100-150 mm. Erotuskykyä voidaan parantaa erilaisilla signaalin käsittelytekniikoilla, jolloin päällysteen osalta voidaan päästä jopa 30 mm erotuskykyyn. Sulan maan tilavuusvesipitoisuuden ja dielektrisyyden vuorosuhteita Tilavuusvesipitoisuus, % 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 Pääll. rak. yläosa Pääll. rak. alaosa Karkearak. pohjamaa Hienorak. pohjamaa Topp & al (1980) w til = 0.00043x 3-0.055x 2 + 2.92x - 5.3 Sutinen (1992) 10 Tilavuusvesipitoisuuden tyypillisiä vaihteluvälejä tierakenteessa ja pohjamaassa. Pienimmät arvot vastaavat hyvin kuivatettua tilaa. Suurimmat arvot 5 vastaavat tierakenteen märkää tilaa ja pohjamaan osalta vedellä kyllästettyä tilaa. 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Dielektrisyyskerroin, - Kuva 2. Ylimmät tierakenne kerrokset ovat yleensä suhteellisen kuivia, jolloin niiden dielektrisyyskerroin on pieni. Vesipitoisuusvaihtelusta (päällysteen kunnosta/vuodenajasta) ja valittavasta vuorosuhdekäyrästä riippuen dielektrisyyden vaihteluväli voi kuitenkin olla suuri.

9 Rajapinnan syvyysmäärityksen tarkkuus riippuu ensisijaisesti tulkitsijan ammattitaidosta ja kokemuksesta poimia oikea rajapinta ja arvioida kerroksen dielektrisyysvakio (vrt. kuva 3). Tulkintaa ohjataan määrävälein tehtävillä referenssitutkimuksilla, esimerkiksi koekuopilla tai pistekohtaisilla maatutkaluotauksilla. Referenssitutkimusten perusteella tarkistetaan dielektrisyysarviot ja kerrospaksuudet. Näillä toimenpiteillä rajapinnan syvyyden mittausvirhettä voidaan pienentää lähelle 5 prosenttia. Varsinkin ylimpien rakennekerroksien paksuudet voidaan määrittää suhteellisen luotettavasti. Edellytyksenä kuitenkin on, että referenssimittaukset ovat luotettavia sekä myös maatutkauksen ajankohtaa ja kyseistä tarkastelukohtaa edustavia. Maatutkalla voidaan tutkia louherakenteita ja kallionpinnan sijaintia rakennekerrosten alla. Louherakenteisilla tiepenkereillä tuloksen tulkinta on epävarmaa, koska signaali hyppää kivestä kiveen. Lisäksi lohkareiden väliin mahdollisesti noussut savi vaimentaa signaalia. Esimerkki dielektrisyyden vaikutuksesta tulkittuun kerrospaksuuteen Tulkittu kerrospaksuus, m 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Päällysrakenteen yläosa, w = 1.5-4 p-% eli 3-8 til.-% Päällysrakenteen alaosa, w = 2-12 p-% eli 3.5-22 til.-% Karkearakeinen pohjamaa, w = 3-18 p-% eli 5-32 til.-% Hienorakeinen pohjamaa, w = 12-29 p-% eli 13-44 til.-% Dielektrisyyskertoimen tyypillisiä vaihteluvälejä tierakenteessa ja pohjamaassa. Pienimmät arvot vastaavat hyvin kuivatettua tilaa. Suurimmat arvot vastaavat tierakenteen märkää tilaa ja pohjamaan osalta vedellä kyllästettyä tilaa. Maatutkaluotaus-oppaan kaavalla 7 0.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Dielektrisyyskerroin, - Kuva 3. Tulkittu kerrospaksuus riippuu merkittävästi tulkinnassa käytetystä dielektrisyyskertoimesta etenkin, jos kyseessä suhteellisen kuiva tierakenne, jonka dielektrisyyskerroin on pieni. Kuvassa esitetyt vesipitoisuuden vaihteluvälit ovat kokemusperäisiä arvioita. Pituussuuntainen tarkkuus riippuu mittauspisteiden määrästä metrillä ja mittausten paikannustarkkuudesta. Kun halutaan tutkia koko tierakennetta ja pohjamaata, mittauspisteiden välinä käytetään 100-200 mm. Käytännössä tutkalaitteesta useimmiten valitaan toistojen välinen aika, jolloin yksittäisten mittauspisteiden väli riippuu ajonopeudesta. Mittauksen pituussuuntaiseen tarkkuuteen vaikuttaa myös matkamittarin tarkkuus. Tien rakennetutkimuksiin liittyvät matkamittaukset on sidottava vähintään sekä mittausvälin alkuettä loppupisteeseen. Sidonnat tehdään siten, että kaikki tutkimukset pystytään kohdistamaan keskenään (kts. Menetelmäkuvaus TPPT 21 Mitoituksen lähtötietojen hankkiminen). 2.3.2 Referenssitutkimusten määrä ja sijainti Yleisimmin referenssitutkimuksina käytetään koekuoppia tai näytteeenottoa muilla menetelmillä sekä näytetukimuksia. Pistekohtaista maatutkaluotausta voidaan käyttää kerrosrakenteen dielektrisyysmäärityksiin.

10 Referenssitutkimusten määrä vaikuttaa maatutkatuloksen luotettavuuteen. Toisaalta referenssitutkimusten suhteellisen korkea hinta asettaa paineita tutkimusmäärän pitämiseksi alhaisena. Maatutkaukselta kulloinkin vaadittava tarkkuus vaikuttaa suoraan tarvittavien referenssitutkimusten määrään ja laatuun. Haluttu mittaustarkkuus vaihtelee kohteittain ja myös eri mitoitusmenetelmillä. Purettavalle tai kokonaan uudelleen rakennettavalle tieosuudelle tarvitaan vähemmän referenssitutkimuksia kuin osittain peruskorjattavalle rakenteelle jne. Mikäli maatutkaustulokset sekä tiedot vanhoista suunnittelu- ja tutkimusaineistosta tukevat toisiaan, voidaan referenssitutkimuspisteiden väliä suurentaa. Jos rakenne taas on hyvin epämääräinen, niin yleensä riittää, kun selvitetään, onko näin koko tieosalla vai onko välillä esimerkiksi perusparannettuja kohtia, eristeitä yms. Suositeltavaa on, että myös referenssimittaukset varmennetaan esimerkiksi tarkastelemalla rajapintojen kulkua pitkänomaisesta (1.5-2 m) koekuopasta tai tekemällä peräkkäisiä kairauspisteitä (1.5-2 m välein putki- tai autokairauksia) ainakin joihinkin referenssipisteisiin. Pistekohtaiset referenssitutkimukset ja päällysteen läpi tehtävät näytteenotot tehdään samasta kohtaa tiepoikkileikkausta kuin jatkuva maatutkauskin on tehty. Referenssitutkimusten tavoitesyvyys irtomaa-alueella on yleensä 2-3 metriä mm. maksimi roudansyvyydestä riippuen (kts. kohta 1.2.3). Referenssitutkimukset kannattaa sijoittaa olosuhteiltaan mahdollisimman tasaisiin paikkoihin, joissa paikannusvirhe tai pisteen siirto muutamalla metrillä eivät muuta tulosta. Tavoitteena kuitenkin on, ettei paikannusvirheitä tai kohdistuseroja esiinny eri tutkimustapojen välillä (kts. Menetelmäkuvaus TPPT 21 Mitoituksen lähtötietojen hankkiminen). Toisaalta referenssitutkimuksia pyritään sijoittamaan paikkoihin, joissa alustavan maatutkatulkinnan mukaan on selkeitä kerrosrajoja. Referenssitutkimusten tulisi myös kattaa eri penger- ja leikkausalueet sekä erilaiset pohjamaaluokat ja kallioalueet, jolloin saatava tieto (mm. näytetutkimustulokset) on hyödynnettävissä muutenkin kuin pelkästään maatutkauksen vertailuaineistona. Referenssitutkimuksia sijoitetaan erilaisiin kosteusolosuhteisiin, jos samalle kerrokselle on tarpeen käyttää eri dielektrisyysarvoa eri osissa tietä. Tällöin pitäisi pystyä määrittämään/rajaamaan myös arvojen muutoskohta. Jos referenssitutkimuksina käytetään pistekohtaista maatutkaluotausta tai dielektrisyysmittausta, on ne tehtävä hyvin lyhyen ajan kuluessa maatutkamittauksesta, jotta kosteusolosuhteet säilyisivät vertailukelpoisina. Ohjeita ja esimerkkejä referenssitutkimusten sijoittelusta eri tarkoituksissa Painumalaskennassa arvioitaessa jo tapahtuneen painuman suuruutta tarvitaan suhteellisen tarkkoja tietoja päällysteen paksuudesta ja rakenteen kokonaispaksuudesta, sekä näiden pituus- ja poikkisuuntaisesta vaihteluista. Referenssitutkimukset kannattaa yleensä sijoittaa kiinnostavimpiin kohtiin eli erilaisten siirtymärakenteiden päihin, pehmeikön syvimpiin osiin tai paksuimman/painavimman penkereen kohdalle (suurin painuma). Referenssitutkimuksina tulee käyttää sellaisia tutkimuksia, joilla voidaan selvittää rakenteen kokonaispaksuus ja sen suhde ympäröivään maahan. Routamitoituksessa tarvitaan tietoa routimattomien kerrosten kokonaispaksuuksista sekä mahdollisten routivien ja sulamispehmenevien kerrosten sijainnista (rakenteessa tai pohjamaassa) sekä kerrosten paksuuksista. Referenssitutkimuksia sijoitetaan sekä kohtiin, joissa on havaittu routavaurioita että myös vauriottomiin vertailukohtiin. Kuormituskestävyysmitoituksessa (jos tarkoituksena on selvitä vain vähäisillä lisäkerroksilla tai rakenteen yläosan vahvistamisella) tarvitaan tietoa sidottujen ja kantavan kerrosten paksuuksista sekä näiden kerrosten laadusta / kunnosta, kosteusvaihteluista ja rakeisuudesta.

11 Referenssitutkimuksia sijoitetaan tasaisen kantavuuden ja samanmuotoisen taipumasuppilon omaavilla osuuksille alueelle sekä myös kantavuuden ongelmakohtiin. TPPT-ohjelman tutkimusprojekteissa tehtyjen maatutkamittausten perusteella havaittiin, että varsinaista suositusväliä referenssitutkimusten sijainnille on vaikea antaa. Saatujen tulosten perusteella tutkimuskohteessa sovellettu 2 km tutkimuspisteväli todettiin liian pitkäksi. Koerakennuskohteiden koekuoppaväli vaihteli 20-160 metriin. Näistä kohteista ei ollut käytettävissä vanhaa suunnitelmaa, vaan kohteet ovat aikojen saatossa muotoituneet ympäristöönsä. Kohteissa, jossa rakennekerrospaksuus vaihteli jatkuvasti, 160 metrin referenssipisteväli oli liian harva luotettavan rakennekerrospaksuuden selvittämiseksi. Käytettäessä jatkuvaa maatutkaluotausta kaikkien kerrospaksuuksien määrityksessä referenssimittausten minimivälinä helposti tulkittavissa kohteissa voidaan pitää 1 km. Mittauspisteiden välimatkaa on syytä tihentää vaihtelevissa, tulkinnallisesti hankalissa olosuhteissa, vaurioiden syiden selvittämisessä tai jos uuden rakenteen mitoitus vanhaa rakennetta hyväksi käyttäen sitä edellyttää. Päällystenäytteiden ottotiheys valitaan maatutkatulkinnan perusteella. 2.4 Vaurioiden syiden selvitys ja muiden poikkeavuuksien havaitseminen Maatutkaluotauksen ehkä merkittävin etu on se, että tulokseksi saadaan jatkuva tulostusprofiili, josta nähdään missä kohtaa tierakenteessa/pohjamaassa on muusta rakenteesta poikkeavia kohtia. Aina ei voida varmuudella sanoa, mitä poikkeavuudet ovat, mutta maatutkatulostuksen perusteella voidaan kohdistaa muut tutkimukset oikeisiin kohtiin. Maatutkalla saadaan tietoa mittauslinjan kohdalta ja sen välittömästä lähiympäristöstä. Näin ollen pienialaisten / -kokoisten poikkeavuuksien (esim. roudan nostamat kivet) havaitseminen vaatii useiden rinnakkaisten mittauslinjojen luotaamista. Näin voidaan tehdä mm. vaurioiden syitä selvitettäessä, mutta rutiiniluonteisissa tiemittauksissa tehdään yksi maatutkaus ajokaistaa kohti. Yleensä maatutkalla pystytään selvittämään eri kerrosten sekoittumat. Ne näkyvät mm. rajapintojen hämärtymisenä. Rajapinta voi hämärtyä myös muista syistä tai havaittavaa rajapintaa ei ole kaikin paikoin syntynytkään. Usein selkeä rajapinta aiheutuu tiivistysjyräyksen yhteydessä syntyneestä sileästä ja tiiviistä pinnasta. Jos tällaista selvää rajapintaa ei ole syntynyt tai säilynyt esimerkiksi tiivistetyn pinnan uudelleentasauksesta tai työmaaliikenteen sekoittavasta vaikutuksesta johtuen, ei sitä nähdä terävänä maatutkatulostuksessakaan (elleivät kerrosmateriaalit ole todella toisistaan poikkeavia). Vesipitoisuusvaihtelua on vaikea erottaa muista tierakenteen muutoksista, kuten materiaalivaihtelusta tai tiiviyseroista. Yksittäisestä maatutkatulostuksesta ei voida nähdä signaalin paikallisia kulkunopeuden muutoksia (esim. kosteusvaihtelusta johtuen) eikä sitä, mistä signaalin kulkunopeuden muutokset johtuvat. Jos epäillään, että tulkittu kerrospaksuuden vaihtelu johtuu kosteuden (dielektrisyyden) vaihtelusta, varmistetaan asia koekuoppatutkimuksilla, vesipitoisuusmäärityksillä, dielektrisyysmittauksilla tai radiometrisillä mittauksilla (Menetelmäkuvaus TPPT 10 Radiometrinen reikämittaus). 2.5 Suositeltavat tutkimusajankohdat Tavanomaiset maatutkaukset on suositeltavaa tehdä sulasta tierakenteesta, sillä tutka-aallot heijastuvat voimakkaasti jäätyneen ja sulan maakerroksen pinnasta. Routaraja vaikeuttaa samalla syvyydellä olevien kerrosrajojen tulkintaa. Sopivassa vaiheessa keväisin ja syksyisin eri kerrosten väliset kosteus- ja siten myös dielektrisyyskontrastit ovat suurimmillaan, jolloin tutkamittausten kerrostulkinta on helpointa

12 tehdä. Tulkinnan kannalta edullisin tilanne on silloin, kun rakenteen kosteustila on likimäärin saavuttanut kapillaarisen tasapainotilan (lumen ja roudan sulamisen tai sadekauden jälkeen). Tällöin kunkin kerroksen kosteustila on rakeisuudesta (huokoskoosta) riippuva ja suhteellisen vakio, vaikka kosteustila riippuu myös ko. kerrosmateriaalin kapillaari-, vedenläpäisevyys- ja vedenpidätysominaisuuksista. Toisaalta, jos maatutkaus tehdään jäätyneestä rakenteesta, ei vesipitoisuusvaihtelusta aiheutuva tulkintavirhe kerrospaksuudessa ole yhtä suuri kuin sulasta rakenteesta tehdyssä maatutkauksessa. Jään dielektrisyyskerroin (3-4) on likimäärin saman suuruinen kuin kuivan kivennäismaamateriaalin (4-6). Veden dielektrisyyskerroin (80) on noin 15 -kertainen kuivaan kivennäismaahan verrattuna. Tarvittaessa maatutkaus voidaan tehdä sekä sulasta että jäätyneestä tierakenteesta. Jäätyneen tilan maatutkaus tehdään maksimiroudansyvyyden aikaan, jolloin routaraja on yleensä selkeästi pohjamaassa eikä se näin vaikeuta kerrosrajatulkintaa. Vertaamalla sulan ja jäätyneen tilan tulkintatuloksia (kerrospaksuuksia) voidaan arvioida mm. vesipitoisuuseroista johtuvia tulkintavirheitä. Talvella ja alkukeväällä teiden suolaus vaikuttaa signaaleja vaimentavasti ja tulosten tulkinta hankaloituu. Savisorateillä suolaa käytetään kesäisinkin. Myös tarvittavien referenssitutkimusten tekeminen jäätyneestä tierakenteesta on hankalampaa kuin sulasta rakenteesta. Maksimiroudansyvyyden mittauksia maatutkalla on tehtävä silloin, kun tien pinta on lumeton ja kuiva ja kun routaraja on syvällä (pohjamaassa). Tällöin tulosten tulkintaa saattavat kuitenkin vaikeuttaa ylimääräisinä kerrosrajoina näkyvät sulamispinnat ja eri kerrosten dielektrisyysvakioiden arviointi (jäätynyt, osittain jäätynyt tai sula tila). Sopivaa maatutkausajankohtaa (jolloin rakenne on joko kokonaan sula tai täysin jäässä) määritettäessä voidaan käyttää hyväksi myös menetelmäkuvauksissa TPPT 4 "Ilmastorasitus" ja TPPT 5 "Roudan syvyyden määritys" esitettyjä menettelytapoja routaantumisen ja sulamisen arvioinnista. 3 KOEKUOPPATUTKIMUKSET 3.1 Kuopan sijainti, syvyys ja työturvallisuus Koekuoppien sijoittelua tien pituussuunnassa käsitellään luvuissa 2.3.2 ja 2.4 maatutkaluotausten referenssimittausten yhteydessä. Koekuopan sijainti tien poikkisuunnassa riippuu tutkimuksen tavoitteesta. Pääsääntöisesti koekuoppa sijoitetaan pientareelle (kuva 4). Koekuopan reuna voi tällöin sivuta päällysteen reunaa tai se voi ulottua hieman päällystetylle alueelle. Kuopasta saatavat tiedot - erityisesti leveämmillä teillä - eivät ehkä vastaa olosuhteita tien keskiosalla ja maatutkamittausten kohdalla. Ongelmaa voidaan välttää tekemällä poikkisuuntainen maatutkaluotaus jokaisen referenssikoekuopan kohdalta. Koko tien tai kaistan levyinen koekuoppakin voi erikoistapauksissa olla tarpeen tierakenteen tai vaurion syntytavan selvittämiseksi. Koekuoppien tarkoituksena ja tavoitteena on saada tutkittua routaantuva kerros koko paksuudeltaan. Etenkin vaurioiden syitä selvitettäessä tämä on tarpeen, jotta nähdään pohjamaan kerroksellisuus ja kivisyys, kerrosrajojen ja kallionpinnan (veden) kulkusuunnat, yms. Aina ei koekuoppaa voida ulottaa riittävän syvälle kaivannon vakavuutta vaarantamatta. Hieman lisää syvyyttä saadaan ottamalla kaivannon pohjasta näyte joko putkeen (pituus 200-1000 mm) tai lapiolla pussiin. Tarvittaessa pohjamaanäyte voidaan ottaa myös tien sivus-

13 ta/ulkoluiskasta, jos saatavan näytteen voidaan otaksua vastaavan tilannetta tierakenteen alla. Koekuoppa voidaan toteuttaa myös ns. matalana koekuoppana (kuva 6), jolloin ylemmistä kerroksista saadaan edustavat (murskaantumattomat) näytteet. Syvemmälle ulottuvat tutkimukset tehdään esimerkiksi putkinäytteenottimella (esim. Kairausopas III Maanäytteiden ottaminen geoteknillisiä tutkimuksia varten. Suomen geoteknillinen yhditys r.y). Matalan koekuopan etuna voidaan pitää sitä, että sen täyttäminen jälkeenpäin onnistuu paremmin kuin syvemmän kuopan täyttäminen, joten sitä voidaan käyttää paremmin myös päällystetyllä tiealueella. Syvissä koekuopissa ei työturvallisuuden vaarantumisesta johtuen saa työskennellä, jos kaivannon seinämän vakavuus on huono. Maakappaleiden irtoaminen tai veden valuminen seinämästä voivat olla merkkejä sortumavaarasta. Pelkästään jalkojen hautautuminen maamassojen alle voi olla hengenvaarallista. Nopea poistumismahdollisuus varmistetaan tekemällä kaivantoon yksi loiva luiska (kuva 4). 3.2 Rakennekerrospaksuuksien mittaus Koekuoppa on luotettava tapa tutkia tierakenteen kuntoa ja kerrospaksuuksia. Eri rakenneja maakerrokset ovat yleensä selvästi havaittavissa kuopan seinämistä. Niistä voidaan saada käsitys myös ko. tielle tyypillisestä kerrospaksuusvaihtelusta (mittaustuloksen edustavuudesta). Samalla voidaan tehdä muita kerroskohtaisia tutkimuksia kuten vesipitoisuus- ja tiheysmäärityksiä sekä ottaa näytteitä halutuista kerroksista ilman, että näytteeseen sekoittuu muiden kerrosten materiaalia (kuva 5). Rakennekerrospaksuudet voidaan mitata suoraan koekuoppakaivannon seinämistä. Kaivamalla hieman pitkänomainen kuoppa voidaan seinämistä arvioida kerrosrajojen suuntia myös kuopan ulkopuolella. Jos kerrospaksuudet kuopan seinämillä näyttävät tasapaksuilta tai ne vaihtelevat satunnaisesti, tehdään vähintään kaksi mittausta seinämistä 2 ja 3 sekä mahdollisesti seinämästä 4 (kuva 4) ja lasketaan näiden keskiarvo. Mikäli kerrospaksuudet näyttävät muuttuvan tasaisesti tien keskiosiin päin, mitataan kerrospaksuudet seinämiltä 2, 3 ja 4 vähintään kolmesta kohtaa siten, että tulosten perusteella voidaan arvioida kerrospaksuuksia myös keskemmällä tietä. Tuloksena esitetään koekuopan kohtaan edustavat rakennepaksuudet ja mahdollisesti arvio rakennepaksuuksista ulomman pyöräuran kohdalla. Tarvittaessa (on suositeltavaa) kuopan seinämistä piirretään myös leikkauskuva, johon mittaustulokset merkitään. Seinämä 2 Päällysteen reuna Tien keskilinja Seinämä 1 Seinämä 3 Seinämä 4 Loiva poistumisluiska Kuva 4. Kerrospaksuuksien mittauspaikat.

14 3.3 Näytteenotto ja näytteiden käsittely Pääsääntöisesti näytteitä otetaan kaikista tien rakennekerroksista ja pohjamaan pintaosasta. Näytettä tulee ottaa riittävästi, vähintään 5 kg/kerros. Laboratoriossa tutkittavien näytteiden määrää voidaan vähentää materiaalien silmämääräisen tarkastelun ja luokittelun avulla. Tätä varten näytteen tunnistetietoihin liitetään ainakin seuraavat havainnot ja tiedot: - näytteenottopaikan sijaintitiedot ja päivämäärä (paalu, sivuetäisyys ja myös maininta poikkeuksellisesta ottopaikasta esim. jos pohjamaanäyte on otettu tien vierestä/ulkoluiskasta) - kerroksen nimi, jota näyte edustaa (K, J, S, pengertäyte, luonnon pohjamaa jne) - materiaalin nimi tai maalaji (soramurske, sora, hiekka, soramoreeni, savi, jne) - materiaalin kosteustila (kuiva, kostea, märkä, veden kyllästämä, vedenpinnan alapuolelta) - havaitut epäpuhtaudet näytteessä (humusta, multaa, savea, juuria jne) - syvyysväli, josta näyte on otettu (yleensä näyte otetaan kerroksen keskivaiheilta, jotta siihen ei sekoittuisi muiden kerrosten materiaaleja) - syvyysväli, jota näyte edustaa (ko. kerroksen ylä- ja alarajan syvyydet) Näytteet otetaan sitten, kun rakennekerrospaksuudet on ensin mitattu (kerrosrajat ja niiden suunnat nähdään parhaiten tasaisesta/suorasta seinämästä). Ensimmäisenä otetaan näyte kaivannon pohjalta pohjamaasta, jotta varisevat rakennekerrosmateriaalit eivät sekoittuisi siihen. Kuvassa 5 on esitetty näytteiden ottojärjestys. Näytteen otto on tehtävä varovaisesti, jotta eri kerrosten materiaalit eivät sekoitu keskenään. Seinämistä otettavat näytteet varisutetaan lapiolle, levylle tai astiaan. Näytteen pitää olle ko. kerrosta edustava. Siihen otetaan mukaan esimerkiksi kiviä samassa suhteessa kuin kuopan seinämästä on nähtävissä. Poikkeustapauksessa pohjamaanäyte voidaan ottaa myös tien sivusta, jos hyvälaatuista pohjamaanäytettä ei saada tierakenteen alta, esimerkiksi luonnontilaisesta ulkoluiskasta. Näytteenottopaikka ja -taso valitaan niin, että saatavan näytteen voidaan otaksua vastaavan tilannetta tierakenteen alla, myös vesipitoisuuden osalta. Näytettä ei siis oteta aivan pintamaasta (jossa saattaa olla multaa, humusta tms.) eikä keskeltä sivuojaa (jossa yleensä märempää). Vaurioselvityksiä tehtäessä voi olla tarpeen ottaa erillisiä pohjamaanäytteitä koekuoppia tiheämmin. Tällöin näyte otetaan tien ulkopuolelta esim. luonnontilaisesta ulkoluiskasta. Jos pohjamaa on savea ja silttiä, voidaan pohjamaan kerroksellisuutta ym. tutkia halkaistavaan putkeen otettavan jatkuvan näytteen avulla. Putki painetaan koekuopan pohjasta pehmeään pohjamaahan. Halkaistu näyte kuivataan 10 cm pitkinä pätkinä ja valokuvataan heti halkaisun jälkeen ja kuivattuna. Tällä menetelmällä voidaan havaita myös ohuet läpäisevät tai huonosti läpäisevät maakerrokset (kts. menetelmäkuvaus TPPT 12 Läpäisevän kerroksen määrittäminen painumalaskennan tarpeisiin). Hyvin ohuita kerroksia (alle 5 mm paksuisia) ei voida luotettavasti havaita muilla menetelmillä.

15 AB Lapio, levy tai astia, johon näyte varisutetaan Kantava 2 Jakava 3 Suodatin /Pengertäyte 4 Pohjamaa 1 Kuva 5. Näytteiden ottojärjestys. Pohjan näyte voidaan ottaa myös putkeen. Putkinäytteenotin Matala koekuoppa Pohjamaa Kuva 6. Matala koekuoppa ja sitä täydentävä putkinäytteenotto. Myös näytteen kosteustilan pitää vastata tutkittavaa rakennetta, joten näytettä on käsiteltävä asianmukaisesti näytteenotosta aina laboratoriotutkimuksiin asti. Näytteen kuivuminen tai kastuminen (sateella) estetään huolellisesti. Näyte suljetaan kaksikertaiseen pussiin 'ilmatiiviisti' heti näytteenoton jälkeen. Näytepusseja ei saa altistaa suoralle auringonpaisteelle. Laboratoriossa näytepusseja säilytetään kosteushuoneessa, jonka lämpötila on 6-10 C ja ilman suhteellinen kosteus 85-95 %. Näytetutkimuksia käsitellään luvussa 7. 3.4 Koekuoppien täyttö Koekuoppakaivanto rikkoo tierakenteen ja mahdollisesti myös päällysteen, eikä kuopan kohtaa saada muuta tietä vastaavaan kuntoon kaivumailla täyttäen. Kuopan täytössä pyritään aina siihen, että pohjamaa ja kerrosmateriaalit tulisivat alkuperäiseen järjestykseen ja mahdollisimman hyvin kerroksittain tiivistettynä. Jos tien parannustöiden alkuun on useita vuosia, saattaa olla tarpeen tehdä kantava kerros uudesta materiaalista. Koekuoppaohjelmassa tulee sopia siitä, miten ja kuka hoitaa koekuoppien täyttämisen.

17 Näytteitä otetaan kaikista rakennekerroksista ja pohjamaasta. Näyteputki tyhjennetään varisuttamalla näytteet kerroksittain astiaan välttäen eri kerrosmateriaalien sekaantumista. Putkinäytteenotin hienontaa jonkin verran karkeaa kiviainesta. Tämä otetaan huomioon tuloksia tulkittaessa. Näytettä tulee ottaa riittävästi, vähintään 5 kg/kerros tai kaikki ylösnostettu kerrosmateriaali. Näytteenottoa ja käsittelyä kuvataan myös kohdassa 3.3 ja näytetutkimuksia luvussa 7. 4.2 Autokaira Autokairauksella (kierrekaira) saadaan häiriintynyt näyte pohjamaasta ja reikä tierakenteeseen mm. routanäytteenottoa varten. Kerrospaksuuksien luotettava määritys ja kerroskohtaisten näytteiden otto autokairalla onnistuu rajoitetusti. Suhteellisen pienestä kairareiästä ( = 300 mm) voidaan tarkasti arvioida vain pintaosien kerrospaksuudet noin 0.7-0.8 metrin syvyyteen asti. Syvemmällä tarkkuus heikkenee. Näytteet otetaan erityisen kauhan avulla kairareiän seinämästä (vrt. näytteen otto koekuopasta, kuva 4), ei siis kierrekairan ylös nostamasta aineksesta, joka saattaa olla hienontunutta ja muihin kerrosmateriaaleihin sekaantunutta. Näytteenotossa ei voida kuitenkaan täysin välttää eri kerrosmateriaalien sekaantumista. Näytettä tulee ottaa riittävästi, vähintään 5 kg/kerros. Näytteenottoa ja käsittelyä kuvataan myös kohdassa 3.3 ja näytetutkimuksia luvussa 7. 4.3 Päällystenäytteet Päällystekerrosten paksuuden luotettava määritystapa on porata näytteet päällysteestä. Näytteiden poikkisuuntainen sijainti valitaan tapauskohtaisesti, yleensä kuitenkin samalta kohtaa kuin maatutkaukset on tehty. Urautumisen/deformoitumisen määritystä varten otetaan näytteitä myös pyöräurista. Päällystenäytteiden ensisijainen tarkoitus on varmistaa päällystekerroksen paksuus. Siksi niitä otetaan eri paksuisista päällysteistä sekä ajourasta että urien väliseltä paksummalta osuudelta. Myös rakenteiden vaihtumiskohdista on syytä ottaa näytteitä. Päällystenäytteiden ottotiheys eroaa muiden näytteiden ottotiheydestä ja sitä ohjaa maatutkauksen tulkinta. Päällystenäytteiden paksuus mitataan kentällä 1 mm tarkkuudella vähintään kolmesta kohtaa. Näytteet voidaan kiinnittää mittauksen jälkeen takaisin reikäänsä esimerkiksi epoksiliimalla. Näytteiden sijaintipaikat kartoitetaan. 5 DIELEKTRISYYDEN MUUT MITTAUSMENETELMÄT Tilavuusvesipitoisuutta ja dielektrisyyttä voidaan mitata pistekohtaisen maatutkauksen lisäksi myös muilla menetelmillä (mm. time domain reflectometry eli TDR-menetelmä ja frequency shift measurement technique). Anturit voidaan asentaa myös pysyvästi maahan pitkäaikaisseurantaa varten. Joillakin laitteilla on mahdollista tehdä myös mittauksia esimerkiksi maahan asennetusta putkesta määrävälein mitaten. Lisätietoa menetelmästä ja mittaustavoista löytyy mm. IMKO:n internet-sivuilta (http://www. imko.de)

6 RADIOMETRISET MITTAUKSET 6.1 Radiometrinen pintamittaus 18 Radiometristä pintamittausta (tiheys ja vesipitoisuus) on käytetty yleisesti mm. tiivistyksen laadunvalvontamittauksissa. Joillakin laitteilla (esim. Troxler) on pintamittauksen (syvyysulottuma n. 50 mm) lisäksi mahdollista mitata enimmillään noin 300 mm paksun pintakerroksen ominaisuuksia. Tällöin säteilylähde asennetaan esireikään samaan tapaan kuin jäljempänä käsiteltävässä radiometrisessä putkimittauksessa. Mittausten tuloksena saadaan märkätiheys, kuivatiheys ja vesipitoisuus painoprosentteina. Vesimäärän mittaustulos on mahdollista muuntaa painoprosenteiksi, koska tiheyskin mitataan (toisin kuin dielektrisyyden mittaukseen perustuvissa mittauksissa). Radiometristä pintamittausta voidaan käyttää myös tierakenteen koekuoppatutkimuksissa, kun kaivua syvennetään kerroksittain. Kun mittauksia tehdään kunkin kerroksen pinnasta, voidaan tulosten avulla ohjata laboratoriotutkimuksia. Lisätietoa menetelmästä ja mittaustavoista löytyy mm. Troxlerin internet-sivuilta (http://www.troxlerlabs.com) 6.2 Radiometrinen putkimittaus Radiometrisella putkimittauksella (tiheys ja vesipitoisuus) voidaan määrittää pohjamaan ja alempien rakennekerrosten vesipitoisuudet ja tilavuuspainot (lähinnä painumamitoitusta varten). Menetelmällä voidaan myös selvittää painuneen tiepenkereen alaraja. Ohuet kerrokset eivät mittauksissa erotu, sillä mittausten erotuskyky alle 200 mm paksuihin kerroksiin on huono. Myös pintakerrosten tulkinta (ylin 0,3 m) on epävarmaa. Mittausputkia asennetaan maatutkauksen mukaan määritettäviin paikkoihin täydentämään esimerkiksi koekuoppatutkimuksia. Joitakin mittauksia voidaan tehdä kalibrointimielessä koekuoppien tai kairauspisteiden kohdalta ennen rakenteen avaamista. Radiometrinen putkimittaus suoritetaan asentamalla mitattavaan rakenteeseen metalliputki joko suoraan lyömällä tai esireikää hyväksi käyttäen. Radiometriseen mittaukseen kuuluu kolme erillistä mittausta, luonnollisen taustasäteilyn (gamma), gamma-säteilyn ja neutronsäteilyn mittaukset. Mittausta varten mittaussondi (säteilylähde ja vastaanotin) asetetaan haluttuun tasoon, suoritetaan mittaus ja työnnetään alaspäin seuraavaan tasoon. Tien rakennemittauksissa mittausväli voi olla esim. 0.1-0.5 m. Mittaukset tulee ulottaa 3-5 mittaustason verran halutun tason alapuolelle. Sama mittausrutiini toistetaan kaikilla tasoilla. Mittausputki voidaan jättää paikoilleen, jos se ei aiheuta vaaraa liikenteelle (tien routaliikkeet saattavat nostaa putkea, jos putki on maassa talven yli). Tällöin mittaukset voidaan uusia samassa kohtaa useita kertoja (kuva 9). Riittävän tehokkaita säteilylähteitä käytettäessä mittaukset voidaan tehdä myös nostamalla tai laskemalla mittaussondia tasaisella nopeudella putkessa. Liitteissä 3 ja 4 esitetään tällaisten mittausten tuloksia, kun yksittäiset mittaukset on tehty 10 mm syvyysvälein. Radiometristä putkimittausta on kuvattu tarkemmin menetelmäkuvauksessa TPPT- 10 Radiometrinen reikämittaus.

19 0.0 0.0 24. marraskuuta 29. maaliskuuta 0.2 0.2 0.4 0.4 0.6 0.6 Syvyys tien pinnasta, m 0.8 1.0 1.2 Syvyys tien pinnasta, m 0.8 1.0 1.2 1.4 1.4 1.6 1.6 1.8 Kuivatil.paino Märkätil.paino Vesipitoisuus 1.8 Kuivatil.paino Märkätil.paino Vesipitoisuus 2.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Tilavuuspaino, kn/m 3, Vesipitoisuus, paino-% 2.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Tilavuuspaino, kn/m 3, Vesipitoisuus, paino-% Kuva 9. Esimerkki routaantuneen koetierakenteen radiometrisen reikämittauksen tulkituista tuloksista. Rakenteen paksuus on noin 500 mm, sen alla on routaantunutta savea runsaan metrin syvyyteen. Alkuaan homogeeninen savi on kuivunut ja tiivistynyt routarajan alapuolelta. 7 MUUT RAKENNETUTKIMUKSET MAASTOSSA JA LABORATORIOSSA 7.1 Rakennekerrosnäytteiden alustava luokittelu Pääsääntöisesti näytteitä otetaan kaikista tien rakennekerroksista ja pohjamaan pintaosasta. Laboratoriossa tutkittavien näytteiden määrää voidaan vähentää maastossa tehtävien vesipitoisuusmittausten tms. sekä materiaalien silmämääräisen tarkastelun ja luokittelun avulla. Luokittelussa käytetään hyväksi myös näytteen tunnistetietoja (kts. kohta 3.3). Silmämääräisesti ja tunnistetietoja hyväksi käyttäen näytteenottaja, laborantti ja/tai suunnittelija luokittelee näytteet kerroksittain samanlaisiin ryhmiin. Kunkin ryhmän näytteistä tutkitaan laboratoriossa tietty osa, joka riippuu näytteiden tasalaatuisuudesta sekä edellä kuvattujen maastomittausten määrästä ja laadusta. Laboratoriotutkimusten määrä ja laatu riippuvat myös siitä, miten olemassa olevaa rakennetta on tarkoitus hyödyntää uuden rakenteen osana (mihin kerrokseen sijoitettuna, miten käsiteltynä tai vahvistettuna). 7.2 Rakennekerrosnäytteiden laboratoriotutkimukset Perustapauksessa kaikista näytteistä tutkitaan vesipitoisuus sekä tarvittaessa hienoainesmäärä. Edellä kuvattuun luokitteluun perustuen näytteistä valitaan lisäksi 1-5 näytettä, joista määritetään rakeisuus pesuseulonnalla. Rakeisuusmäärityksiä tehdään vähintään 1000 m välein jokaisesta kerroksesta ja pohjamaan pinnasta.

20 Erikoistapauksissa ja ongelmakohteissa voidaan harkita myös muita laboratoriokokeita kuten tihennettyjä rakeisuusmäärityksiä, dynaamista kolmiakselikokeita, routanousukokeita jne. Esimerkiksi kohteissa, joissa rakennekerrosten stabilointi on mahdollinen ratkaisu, tutkitaan myös näytteen stabiloitavuutta. Tällöin näytettäkin tarvitaan huomattavasti enemmän kuin perustapauksessa. 7.3 Lämpöteknisten ominaisuuksien määritys Maamateriaalien lämpötekniset ominaisuudet riippuvat paitsi kiviaineksen laadusta (kvartsipitoisuudesta) myös vesipitoisuudesta. Perustapauksissa lämpöteknisten parametrien määritykseen riittää tieto maan rakeisuudesta ja vesipitoisuudesta. Vesipitoisuusarvon pitäisi kuitenkin olla syksyn tilannetta vastaava, sillä siitä riippuu, miten rakenne routaantuu talvella. Erityistapauksissa tierakenteesta voidaan mitata myös lämmönjohtavuuksia esimerkiksi silloin, kun on syytä epäillä lämmöneristeen toimineen puutteellisesti. Tierakenteen routamitoituksessa tarvitaan ensisijaisesti jäätyneen tilan lämmönjohtavuuksia, koska routaeriste ja koko rakenne ovat käyttötilassa jäässä. Jäätyneen tilan lämmönjohtavuuden mittaus (lämmönjohtavuussondilla) edellyttää, että mittauskohta on reilusti alle nolla asteen lämpötilassa. Mittauksia on usein tarkoituksen mukaista tehdä myös laboratoriossa hallituissa lämpötilaja kosteusolosuhteissa. Lämmönjohtavuus riippuu vesipitoisuudesta, joten vesipitoisuus määritetään aina lämmönjohtavuuksia mitattaessa. Tarvittaessa tehdään täydennysmittauksia laboratoriossa eri vesipitoisuuksia käyttäen. Lämmönjohtavuuden mittausta kuvattu tarkemmin Menetelmäkuvauksessa TPPT 8 "Lämmönjohtavuuden määrittäminen". 8 ERI MITTAUSTEN YHDISTÄMINEN Rakennekerrospaksuuksien perustutkimusmenetelmänä voidaan pitää jatkuvaa maatutkaluotausta, jolla saadaan jatkuva profiili tien rakennekerroksista nopeasti ja taloudellisesti. Käyttämällä eri taajuisia antenneja voidaan vaikuttaa luotaussyvyyteen ja tarkkuuteen. Maatutkaluotauksessa vastaanotettu signaali tulostetaan jatkuvana profiilina. Jatkuvan maatutkaluotauksen vaatimina referenssitutkimuksina käytetään pistekohtaisia maatutkaluotauksia, erilaisia paksuus- ja dielektrisyysmittauksia. Ennen mittauksia laaditaan suunnitelma, jonka mukaan mittaukset suoritetaan. Suunnitelmaan tarkennetaan tarvittaessa mittaustietojen perusteella. Suunnitelmassa esitetään käytettävät mittaustavat ja mittausten sijainti toisiinsa nähden. Mittaukset kannattaa aloittaa jatkuvalla maatutkamittauksella, jonka tulosten perusteella voidaan tarkistaa referenssitutkimusten sijainnit ja tihentää tai harventaa niitä tarpeen mukaan. Pohjamaanäytteitä otetaan keskimäärin 500 m välein tai vaihtelevissa olosuhteissa tätä tiheämmin. Mikäli jatkuvaa maatutkaluotausta ei voida tehdä, korvataan se tiheämpään kaivetuilla koekuopilla. Taulukoissa 1-4 on esitetty tien rakennekerrospaksuuksien määritysmenetelmiä ja niiden ohjeellisia mittaustiheyksiä eritavalla rakennettuja teitä tutkittaessa ja riippuen käytettävissä olevista suunnitelmatiedoista.

21 Taulukko 1. Käytetävissä olevan suunnitelman mukaan rakennettu tie. Rakennetutkimuksilla selvitetään ensisijaisesti Rakenteen yleinen luonnehdinta Maatutkaluotauksien suoritustapa Tien tasaus on ympäroivää maastoa loivapiirteisempi (leikkauksia ja penkereitä) Rakenne voidaan otaksua osuuksittain likimäärin tasapaksuksi pituus- ja poikkisuunnassa Rakennepaksuudet, materiaalit ja muutoskohdat ilmenevät suunnitelmasta (tarkastettava) Rakennemateriaalit ovat tasalaatuisia ja routimattomia Rakenteen kuivatus toimii Vaurioiden syynä alusrakenteen vaihtelu, väärin mitoitettu rakenne, työvirheet tai heikkolaatuiset rakennemateriaalit Suunnitelmatietojen luotettavuus tarkistetaan tutkimuksin Päällysrakennetiedot sekä materiaalien laatu ja kunto osuuksittain miten ja missä toteutettu päällysrakenne poikkeaa suunnitelmasta? (poikkeamat ovat tavallisia) Pohjamaan laatu ja poikkeavuudet Vaurioiden syyt Pohjamaan/alusrakenteen laadun, poikkeamien ja muutoskohtien suhde vaurioiden ja routanousutietoihin Maatutkaus vain toiseen suuntaan Tarvittaessa esim. vauriokohdissa ja pohjamaan muutoskohdissa molempiin suuntiin Referenssitutkimukset: tarkoitus ja pisteväli Koekuoppa, putkinäytteenotto, ja/tai dielektrisyysmittaukset Edustavista kohdista erilaisten päällysrakennetyypeistä sekä erilaisista kosteusolosuhteista; keskimäärin 1000 m välein Pohjamaanäyte eri pohjamaaluokista keskimäärin 1000 m välein tarvittaessa vauriokohteista lisänäytteet koekuopista ja pohjamaasta Päällystenäytteet näytteenottotiheys määräytyy maatutkatulkinnasta Näytteiden määrä ja perustutkimukset Koekuopista paksuusmittaukset ja näytteet kaikista rakennekerroksista sekä pohjamaasta ( 3-6 näytettä / piste) Näytteet luokitellaan ja nimetään maastossa Näytteistä määritetään vesipitoisuus, silmämääräinen maalaji ja rakeisuus tarpeen vaatiessa pesuseulonnalla Päällystenäytteistä mitataan keskimääräinen paksuus Rakenteen käyttömahdollisuus uudessa tai vahvistetussa rakenteessa Rakenne voidaan käyttää hyväksi uuden päällysrakenteen mitoituksessa, siksi sen laatu, paksuus ja muutoskohdat pitää tuntea Levennykset on osattava rakentaa yhteensopivasti

22 Taulukko 2. Suunnitelman mukaan rakennettu tie, mutta suunnitelmaa ei ole käytettävissä. Rakennetutkimuksilla selvitetään ensisijaisesti Rakenteen yleinen luonnehdinta Maatutkaluotauksien suoritustapa Referenssitutkimukset: tarkoitus ja pisteväli Tien tasaus on ympäroivää maastoa loivapiirteisempi (leikkauksia ja penkereitä) Rakenne voidaan otaksua osuuksittain likimäärin tasapaksuksi pituus- ja poikkisuuntaan Rakennemateriaalit ovat tasalaatuisia ja routimattomia Rakenteen kuivatus toimii Vaurioiden syynä alusrakenteen vaihtelu, väärin mitoitettu rakenne, työvirheet tai heikkolaatuiset materiaalit Rakentamisen suunnitelmallisuus Paikoin/aluksi tutkimuksia tehdään yksityiskohtaisemmin, jotta rakentamisen suunnitelmallisuus varmistuu Päällysrakennetiedot sekä materiaalien laatu ja kunto osuuksittain Rakennepaksuudet, materiaalit ja muutoskohdat selvitetään tutkimuksin, koska suunnitelmaa ei ole käytettävissä Pohjamaan laatu ja poikkeavuudet Vaurioiden syyt Pohjamaan/alusrakenteen laadun, poikkeamien ja muutoskohtien suhde vaurioiden ja routanousutietoihin Maatutkaus molempiin suuntiin Yhdestä luotauksesta ei voida luotettavasti päätellä mistä tulostuksessa näkyvät epäjatkuvuudet johtuvat Kerrospaksuuksien arviointi tarkentuu, kun tierakenteen poikkisuuntaisen kosteusvaihtelun vaikutusta tuloksen voidaan tarkastella (esim. sivukaltevassa maastossa) Koekuoppa, putkinäytteenotto, ja/tai dielektrisyysmittaukset Edustavista kohdista erilaisten päällysrakennetyypeistä sekä erilaisista kosteusolosuhteista; keskimäärin 500 m välein Pohjamaanäyte eri pohjamaaluokista keskimäärin 500 m välein tarvittaessa vauriokohteista lisänäytteet koekuopista ja pohjamaasta Päällystenäytteet näytteenottotiheys määräytyy maatutkatulkinnasta Näytteiden määrä ja perustutkimukset Koekuopista paksuusmittaukset ja näytteet kaikista rakennekerroksista sekä pohjamaasta ( 3-6 näytettä / piste) Näytteet luokitellaan ja nimetään maastossa Näytteistä määritetään vesipitoisuus, silmämääräinen maalaji ja rakeisuus tarpeen vaatiessa pesuseulonnalla Päällystenäytteistä mitataan keskimääräinen paksuus Rakenteen käyttömahdollisuus uudessa tai vahvistetussa rakenteessa Rakenne voidaan käyttää hyväksi uuden päällysrakenteen mitoituksessa, siksi sen laatu, paksuus ja muutoskohdat pitää tuntea Levennykset on osattava rakentaa yhteensopivasti

Taulukko 3. Kevyen suunnitelman mukaan parannettu tie. Rakenteen yleinen luonnehdinta Rakennetutkimuksilla selvitetään ensisijaisesti Tien pinta noudattelee yleensä maaston muotoja (matalia leikkauksia ja penkereitä) Rakennepaksuus on satunnaisesti vaihteleva. Se on määräytynyt esim. vanhan tien geometrian mukaan ja reunoilla erilainen kuin keskellä. Toteutunut rakenne ei ilmene luotettavasti suunnitelmasta. Yläosan materiaali tasalaatuista, mutta joskus alustassa sekaantunutta (routivaa) Vaurioiden syynä on alusrakenteen vaihtelu, puutteellinen päällysrakenne ja/tai kuivatus. Kelvollisten / routimattomien rakennekerrosten paksuus, laatu ja sijainti Miten tien pinnassa olevan kelvollisen rakenteen paksuus vaihtelee Missä rakenne on niin hyvä- ja tasalaatuinen, että se voidaan sellaisenaan jättää osaksi uutta rakenneta Pohjamaan laatu ja poikkeavuudet Pohjamaan/alusrakenteen poikkeavuudet ja muutoskohdat Vaurioiden syyt Pohjamaan/alusrakenteen laadun, poikkeamien ja muutoskohtien suhde vaurioiden ja routanousutietoihin Kuivatuksen ongelmakohtien suhde vaurio- ja routanousutietoihin 23 Maatutkaluotauksien suoritustapa Maatutkaus molempiin suuntiin Toispuoleisista levennyksistä, oikaisuista ja kallistusten korjauksista johtuen rakenne ei yleensä ole sama molemmilla puolilla Referenssitutkimukset: tarkoitus ja pisteväli Koekuoppa, putkinäytteenotto, ja/tai dielektrisyysmittaukset Edustavista kohdista erilaisten päällysrakennetyypeistä sekä erilaisista kosteusolosuhteista; keskimäärin 500 m välein Pohjamaanäyte eri pohjamaaluokista keskimäärin 500 m välein tarvittaessa vauriokohteista lisänäytteet koekuopista ja pohjamaasta Päällystenäytteet näytteenottotiheys määräytyy maatutkatulkinnasta Näytteiden määrä ja perustutkimukset Koekuopista paksuusmittaukset ja näytteet kaikista rakennekerroksista sekä pohjamaasta ( 3-6 näytettä / piste) Näytteet luokitellaan ja nimetään maastossa Näytteistä määritetään vesipitoisuus, silmämääräinen maalaji ja rakeisuus tarpeen vaatiessa pesuseulonnalla Päällystenäytteistä mitataan keskimääräinen paksuus Rakenteen käyttömahdollisuus uudessa tai vahvistetussa rakenteessa Rakenteen routimaton yläosa voidaan käyttää hyväksi uuden päällysrakenteen mitoituksessa. Siksi sen laatu ja paksuuden vaihtelut pitää tuntea.

24 Taulukko 4. Ilman suunnittelua monien kunnostusvaiheiden kautta syntynyt tie. Rakenteen yleinen luonnehdinta Rakennetutkimuksilla selvitetään ensisijaisesti Maatutkaluota-uksien suoritustapa Referenssitutkimukset: tarkoitus ja pisteväli Tien pinta noudattelee maaston muotoja (rakennetaessa massan siirrot ovat olleet työläitä) Ei ole käytettävissä mitään dokumentteja tierakenteesta Rakenne on heikkolaatuinen, materiaalit ovat routivia ja alustaansa sekaantuneita Usein päällysteen alla on savisoratien runko, jonka päällä on ohut routimaton kerros Vaurioiden syynä on alusrakenteen vaihtelu, lähes olematon päällysrakenne ja/tai puutteellinen kuivatus Rakenteen keskimääräinen laatu, onko vanha rakenne vahvistettavissa uuden rakenteen osaksi Päällysrakenteen materiaaleista selvitetään soveltuvuus stabiloitavaksi tai uuden rakenteen alusrakenteeksi (routivuus, tasalaatuisuus) Pohjamaan laatu ja poikkeavuudet Päällysrakenteen/pohjamaan/alusrakenteen laatu, poikkeavuudet ja muutoskohdat Vaurioiden syyt Pohjamaan laadun ja muutoskohtien suhde vaurio- ja routanousutietoihin Kuivatuksen ongelmakohtien suhde vaurio- ja routanousutietoihin Maatutkaus vain toiseen suuntaan Tarvittaessa esim. vauriokohdissa ja pohjamaan muutoskohdissa molempiin suuntiin Koekuoppa, putkinäytteenotto, ja/tai dielektrisyysmittaukset Edustavista kohdista erilaisten päällysrakennetyypeistä sekä erilaisista kosteusolosuhteista; keskimäärin 500 m välein Pohjamaanäyte eri pohjamaaluokista keskimäärin 500 m välein tarvittaessa vauriokohteista lisänäytteet koekuopista ja pohjamaasta Päällystenäytteet näytteenottotiheys määräytyy maatutkatulkinnasta Näytteiden määrä ja perustutkimukset Koekuopista paksuusmittaukset ja näytteet kaikista rakennekerroksista sekä pohjamaasta ( 3-6 näytettä / piste) Näytteet luokitellaan ja nimetään maastossa Näytteistä määritetään vesipitoisuus, routivuus, ja rakeisuus/ savipitoisuus tarpeen vaatiessa pesuseulonnalla Päällystenäytteistä mitataan keskimääräinen paksuus Rakenteen käyttömahdollisuus uudessa tai vahvistetussa rakenteessa Tiessä ei ole selvää rakennetta, jota voitaisiin sellaisenaan käyttää hyväksi tai sen vaihteluita ei kohtuullisella tutkimusmäärällä voida riittävän yksityiskohtaisesti selvittää. Vanha rakenne on purettava/tasattava ja homogenisoitava alusrakenteeksi tai/ja stabiloitava päällysrakenteen osaksi

25 9 MITTAUSTEN TULOSTAMINEN Maatutkatuloksista tulostetaan perustietoina: kuka mittasi milloin mitattiin mihin mittaukset sidottiin millä mitattiin mitä mitattiin kuka tulkitsi tulkinnassa havaitut poikkeamat, ongelmat, virheet, epäloogisuudet jne. Varsinaiset maatutkauksen tulkitut mittaustulokset tulostetaan numeromuodossa paalulukuina ja niitä vastaavina kerrosrajan syvyyksinä päällysteen pinnasta tai korkeuslukemina. Nämä tiedot siirretään suunnitelmapiirustuksiin (pituus- ja poikkileikkauspiirustuksiin) yhdessä muiden tutkimustulosten kanssa (pituusprofiilit, pohjatutkimukset, routanousut, painumat, pintakantavuudet, tasaisuudet, vauriot yms). Tapauskohtaisesti voidaan käyttää myös muita tulostustapoja. 10 KIRJALLISUUS Onninen. H., TPPT-raportti P3. Tien routakestävyys. Pohjasuhteiden luokittelu. Espoo. 1997. Geofysikaaliset tutkimusmenetelmät. Maatutkaluotaus. Suomen geoteknillinen yhdistys ry. ja Rakentajain Kustannus Oy. Tampere. 1991. Tielaitos, Rakenteen parantamista edeltävät tutkimukset. TIEL 2140015. Helsinki. 1999. Tielaitos, Uudet mittaus- ja tutkimusmenetelmät rakenteen parantamisen suunnittelussa (MISU-projekti). Tielaitoksen selvityksiä 23/1999. Oulu. 1999. http://www.imko.de/download/soil%20and%20material%20moisture%20brochure%20- %20e.pdf (päiväys 12.7.2001) http://www.troxlerlabs.com Manuals and Forms (päiväys 12.7.2001) 11 LIITTEET LIITE 1. Esimerkki pituussuuntaisesta maatutkaluotauksesta LIITE 2. Esimerkki tien poikkisuuntaisesta maatutkaluotauksesta LIITE 3. Esimerkki tierakenteen radiometrisestä reikämittauksesta LIITE 4. Esimerkki tierakenteen radiometrisestä reikämittauksesta

LIITE 1 ESIMERKKI PITUUSSUUNTAISESTA MAATUTKALUOTAUKSESTA. Maatutkaluotaus tien pituussuuntaan. Ylinnä luotaustulos ja alla mittausten tulkinta rakennekerrosten kokonaispaksuuksista, pohjamaaluokasta, kalliosta sekä rummusta.

LIITE 2 ESIMERKKI TIEN POIKKISUUNTAISESTA MAATUTKALUOTAUKSESTA. Tien poikkisuuntainen profiili. Tien vasemmassa reunassa on havaittavissa ohuemmat rakennekerrokset. Myös havaittu routanousu vasemmassa reunassa oli selvästi suurempi kuin oikealla. Vasen reuna Keskilinja Oikea reuna AB Sr SrMk Pohjamaa

LIITE 3 ESIMERKKI TIERAKENTEEN RADIOMETRISESTÄ REIKÄMITTAUKSESTA. HVS-koerakenteen raakadatatulostus. Mittaukset 1 cm syvyysvälein anturia alaspäin ja ylöspäin liikuttaen (n. 2 m/min). Rakennekerrosten paksuus on noin 650 mm. Pohjaveden asema on laskettu hiekan yläpinnasta (25.6.) sen alapintaan (29.6.). Neutron lukema (CPS) kuvaa vesimäärää ja gamma lukema (CPS) kokonaistiheyttä (kiintoaines + vesi). Alue A, putki R1, neutron 25.6.01 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 0 Asfaltti 50 mm Alue A, putki R1, neutron 29.6.01 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 0 Asfaltti 50 mm 0.2 Murske 400 mm 0.2 Murske 400 mm 0.4 Vedenpinnan taso 0.4 Hiekkainen sora 200 mm Hiekkainen sora 200 mm 0.6 0.6 Vedenpinnan taso 0.8 0.8 1 1 1.2 1.2 Savi 1350 mm Savi 1350 mm 1.4 1.4 1.6 Alas n. 2 m/min Ylös n. 2 m/min Kerrosrajat 1.6 Alas n. 2 m/min Ylös n. 2 m/min Kerrosrajat 1.8 1.8 Alue A, putki R1, gamma-ero 25.6.01 Alue A, putki R1, gamma-ero 29.6.01 15000 14000 13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 15000 14000 13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 0 Asfaltti 50 mm 0 Asfaltti 50 mm 0.2 Murske 400 mm 0.2 Murske 400 mm 0.4 Vedenpinnan taso 0.4 Hiekkainen sora 200 mm Hiekkainen sora 200 mm 0.6 0.6 Vedenpinnan taso 0.8 0.8 1 1 1.2 1.2 Savi 1350 mm Savi 1350 mm 1.4 1.4 1.6 Alas n. 2 m/min Ylös n. 2 m/min Kerrosrajat 1.6 Alas n. 2 m/min Ylös n. 2 m/min Kerrosrajat 1.8 1.8