Pt 14790/500-900 ja 1725-2000 Vihtola-Jäkkö (Lappeenranta) Rikastushiekka+lentotuhka ja kuitutuhka, massiivirakenteet

UUMA-inventaari Pt 14790/500-900 ja 1725-2000 Vihtola-Jäkkö (Lappeenranta) Rikastushiekka+lentotuhka ja kuitutuhka, massiivirakenteet 2008 Ramboll Vohlisaarentie 2 B 36760 Luopioinen Finland Puhelin: 020 755 6740 www.ramboll.fi

Sisältö 1. Kohteen kuvaus 1 1.1 Sijainti 1 1.2 UUMA-rakentamisen tarkoitus ja tavoitteet 1 1.3 Käytetyt UUMA-materiaalit ja -rakenteet 2 2. Materiaalitutkimukset ennen rakentamista 3 2.1 Tekniset 3 2.2 Ympäristökelpoisuus 4 3. Taustatutkimukset 5 3.1 Tekniset 5 3.2 Ympäristökelpoisuus 6 4. Seurantatutkimukset 2007-2008 6 4.1 Tekniset 6 4.1.1 Rakennetutkimukset 7 4.1.2 Silmämääräinen seuranta ja visuaalinen vauriokartoitus 8 4.1.3 Päällystevauriot 9 4.1.4 IRI- ja URA-mittaukset 11 4.1.5 Kantavuusmittaukset 12 4.2 Ympäristökelpoisuus 14 4.3 Haastattelut 16 5. Tutkimustulosten arviointi 17 Viitteet 19

1. Kohteen kuvaus 1.1 Sijainti Pilottikohde (Pt 14790/500-900 ja 1725-2000 Vihtola-Jäkkö) on Lappeenrannan kaupungin alueella sijaitseva Vihtolan yksityistie, joka muutettiin parantamisen yhteydessä vuonna 2006 paikallistieksi. Ecoroad-hankkeen pilottiosuudet toteutettiin 20.- 25.9.2006. Kohteen kokonaispituus on noin 3.5 km. Pilottirakenteiden pituudet ovat 400 m ja 275 m. Toinen pilottirakenteista perustuu rikastushiekan ja toinen kuitutuhkan käyttöön. Rikastushiekkarakenne sijaitsee paaluvälillä 500-900 ja kuitutuhkarakenne paaluvälillä 1725-2000. Kuva 1. Vihtola-Jäkkö pilotin sijainti. 1.2 UUMA-rakentamisen tarkoitus ja tavoitteet Kohteen perusongelmana oli tierakenteen heikko kunto ja siitä johtuvat kantavuus- ja routaongelmat, kuivatuspuutteet sekä tien pysty- ja vaakageometrian puutteet. Ecoroad-hankkeen yhteydessä tie päällystettiin ja sen kuivatusta tehostettiin. Pilottiosuuksilla testattiin stabiloitujen sivutuoterakenteiden käyttöä tierakenteen jakavassa ja kantavassa kerroksessa. Kuivatuksen tehostamiseen, rumpukohtien tai pahojen kivien/kalliokohtien korjaamiseen yms. liittyvät työt on tehty alkuperäisen, pilottirakentamista edeltävän suunnitelman mukaisesti. Vihtola-Jäkkö.doc 1

1.3 Käytetyt UUMA-materiaalit ja -rakenteet Rikastushiekkarakenne Kohteessa toteutettiin stabiloitu rikastushiekka-lentotuhka (RH+LT) kerros kantavana kerroksena. Kasavarastoituun (kosteaan) Nordkalk Oyj:n rikastushiekkaan sekoitettiin 20 % lentotuhkaa, jota oli varastoitu kostutettuna Stora Enso OyJ Imatran Kaukopään tehtaalla, sekä 4 % yleissementtiä. Sekä kostean tuhkan että sementin määrät laskettiin rikastushiekan kuivamassasta ja seoksen vesipitoisuus säädettiin noin 16 % tavoitetasolle. Sekoitettu massa käytettiin kantavassa kerroksessa periaatekuvan (kuva 2) mukaisesti: - sivutuotekerroksen paksuus 250 mm ja leveys 6.5 m - tierakenteen suunniteltu kokonaispaksuus 900 mm (toteutunut 1000 mm) - sivutuotekerroksen tavoitteellinen tiiveysaste 94 % Kuva 2. Tyyppipoikkileikkaukset suunnitelluista rikastushiekka-tuhkarakenteista, Vihtola-Jäkkö. Kuitutuhkarakenne Kuitutuhkaseoksessa käytettiin Stora Enso Oyj Imatran Kaukopään tehtaan lentotuhkaa (LT) ja kuitusavea (KS; kuitulietettä) märkämassasuhteessa 4:1 sekä yleissementtiä 5,5 % edellisestä laskettuna. Kuitutuhkaseosta käytettiin tässä rakenteessa jakavassa kerroksessa, paksuus 300 mm. Kuitutuhkakerroksen alle rakennettiin lisää jakavaa kerrosta sorasta sekä suodatinkerros, ja päälle kantava murske 300 mm sekä Vihtola-Jäkkö.doc 2

päällyste AB 20/120. Päällisrakenteen kokonaispaksuus oli 950 mm. Tyyppipoikkileikkaus on esitetty kuvassa 3. Pilottirakenteessa korvattiin siis osa jakavasta kerroksesta stabiloidulla kuitutuhkalla. Kuitutuhka sekoitettiin etukäteen Nordkalkin tehdasalueella aumasekoittimella. Välivarastoitu kostea lentotuhka ja kostea kuitusavi sekoitettiin märkämassojen suhteessa 4:1. Seokseen lisättiin 5.5 % yleissementtiä edellä mainitun tuhka-kuitusavi seoksen märkämassasta laskettuna. Seoksen vesipitoisuus säädettiin sekoituksen aikana halutulle, noin 50 %, tasolle. Kuva 3. Tyyppipoikkileikkaus suunnitelluista rakenteista, Vihtola-Jäkkö. Kuitutuhkaosuus saatiin tiivistettyä jokseenkin suunnitellulla tavalla. On kuitenkin mahdollista, että stabiloidun rakenteen laadussa esiintyy vaihtelua. 2. Materiaalitutkimukset ennen rakentamista 2.1 Tekniset Rikastushiekka-tuhkamateriaalin modulina laskelmissa käytettiin 550 880 MN/m 2 (laboratoriossa määritetty moduli oli jopa yli 1 000 MN/m 2 ). Rakenteen mitoituksessa kantavuus siis ylitti asetetun vaatimuksen. Materiaalin modulin arvoksi riittäisi 450 MN/m 2 jolloin rakenteen mitoitus on varmalla puolella. Toisaalta stabiloidun kerroksen alapinnan kantavuus oli laskennallisesti noin 55 MPa tasolla, mikä on stabilointikerrokselle ohjeistettua matalampi (vrt. Tietoa tiesuunnitteluun 71 ). Rakentamisen tapah- Vihtola-Jäkkö.doc 3

tuessa loppukesällä pohjamaan kantavuus oli korkeampi kuin laskennassa käytetty, jolloin työalustan kantavuus on riittävä. Aikaisempien rakentamiskokemusten perusteella tämä matalampi kantavuus ei vaikuta oleellisesti rakenteen lujittumiseen ja toimivuuteen. Routamitoituksessa käytettiin rikastushiekka-tuhka materiaalin eristävyyden vastaavuuskertoimena arvoa 1,25. Rikastushiekan lämmönjohtavuus on noin 1,2 1,5 W/(Km) ja tuhkan noin 0,6 0,8 W/(Km). Lentotuhka-kuitusavi- eli kuitutuhkarakenteessa kantavuusvaatimus oli 145 MPa päällysteen alapinnassa. Kuitutuhkamateriaalin modulina laskelmissa käytettiin 170 190 MN/m 2 (laboratoriossa 150 200 MN/m 2 ). Rakenteen kantavuus on määräävä. Laskennallisen routanousun perusteella suunniteltu kuitutuhkarakenne on vertailurakennetta parempi. Routamitoituksessa on käytetty kuitutuhkan vastaavuuskertoimena 1,75 (arvio 1,5 2,0). Kuitusaven ja tuhkan lämmönjohtavuudet ovat noin 0,6 0,8 W/(Km). 2.2 Ympäristökelpoisuus Lentotuhkasta, kuitusavesta sekä rikastushiekasta määritettiin materiaalien tuottajien toimesta kokonaispitoisuudet (taulukko 1). Stabilointitutkimusten yhteydessä rakenteissa käytettyjä materiaaleja vastaaville seoksille tehtiin CEN/TS 14405 mukainen liukoisuustesti (kolonnitesti), jonka tulokset on esitetty taulukossa 2. Taulukko 1. Vihtola-Jäkkö kuitutuhka- ja rikastushiekkakoerakenteessa käytettyjen materiaalien kokonaispitoisuudet verrattuna VNa 591/2006 mukaisiin lento- ja pohjatuhkan perusmäärityksen raja-arvoihin. StoraEnso StoraEnso Nordkalk Pitoisuuden Pitoisuus lentotuhka kuitusavi rikastushiekka raja-arvo 6/05 6.9.05 7/05 mg/kg Imatra Imatra VNa 591/2006 antimoni 0,11 alle määr. alle määr. arseeni 3,13 < 2 < 2 50 barium 144 3,03 3,18 3000 kadmium 6,22 alle määr. alle määr. 15 koboltti 7,59 alle määr. 1,54 kromi 63,7 0,47 3,58 400 kupari 77,8 1,9 6,88 400 elohopea lyijy 54,6 < 2 4,28 300 molybdeeni 8 alle määr. 0,13 50 nikkeli 24,2 0,22 3,35 vanadiini 29,8 2,42 7,49 400 sinkki 1385 2,5 7,23 2000 seleeni 7,05 0,678 1,98 kosteus-% 0,024 71,25 2,743 Vihtola-Jäkkö.doc 4

Taulukko 2. Vihtola-Jäkkö kuitutuhka- ja rikastushiekkarakenteita vastaavien koemateriaalien kumulatiiviset liukoisuudet L/S=10 l/kg liukoisuustestin CEN/TS 14405 mukaisesti. Tuloksia on verrattu VNA 591/2006.mukaisiin lento- ja pohjatuhkan perusmäärityksen liukoisuusraja-arvoihin. Liukoisuus Peitetty Päällystetty mg/kg EL-46* EL-224** EL-240*** rakenne rakenne Sb < 0,06 < 0,06 < 0,06 0,06 0,18 As < 0,1 < 0,1 < 0,1 0,5 1,5 Ba 1,47 0,86 0,61 20 60 Cd < 0,005 < 0,005 < 0,005 0,04 0,04 Cr 0,71 2,7 2,96 0,5 3 Cu 0,20 0,28 0,18 2 6 Hg < 0,01 < 0,01 < 0,01 0,01 0,01 Pb 0,08 0,08 0,09 0,5 1,5 Mo 0,54 2,78 2,91 0,5 6 Ni 0,007 0,0075 0,008 0,4 1,2 V < 0,5 < 0,5 < 0,5 2 3 Zn 0,01 0,074 0,08 4 12 Se < 0,1 < 0,1 < 0,1 0,1 0,5 Co < 0,02 < 0,02 < 0,02 DOC 18,95 445,6 275,4 500 500 Fluoridi 4,8 < 50 < 50 10 50 Sulfaatti 488 4849,5 5523 1000 10000 Kloridi 468,5 < 2400 < 2400 800 2400 *EL-46 vastaa seossuhdetta RH + LT 20 % + Yse 3 % **EL-224 vastaa seossuhdetta (LT + KS) 3:1 + Yse 5 % ***EL-240 vastaa seossuhdetta (LT + KS) 7:1 + Yse 5 % Tutkittujen materiaalien kokonaispitoisuudet alittavat VNA 591/2006 mukaiset pitoisuusraja-arvot. Koerakenteissa käytettäviä materiaaleja vastaavien materiaalien liukoisuudet alittavat kaikilta osin VNA 591/2006 mukaiset päällystetyn rakenteen rajaarvot. Peitetyn rakenteen raja-arvot ylittyvät kromin, molybdeenin ja sulfaatin osalta. Rikastushiekkarakenteessa ylittyvät kromin ja molybdeenin peitetyn rakenteen rajaarvot. Seoksia on ollut tarkoitus käyttää päällystetyissä rakenteissa. 3. Taustatutkimukset 3.1 Tekniset Kairaus- ja koekuoppatutkimukset Koerakenteet sijaitsevat tasaisilla osuuksilla jossa pohjamaa on pehmeää savea noin 0,5 1,0 metrin syvyyteen. Pohjamaa muuttuu syvemmällä kovaksi saveksi ja saviseksi siltiksi, joka syvimmillään ulottuu noin 6,0 8,0 metrin syvyyteen maanpinnasta. Tämän kerroksen alla on tiivis moreenikerros. Maaperätiedot perustuu vuonna 1996 tehtyihin koekuoppiin ja vuonna 1992 tehtyihin tärykairauksiin. Maaperä on heikosti vettäläpäisevää. Vihtola-Jäkkö.doc 5

Maatutkaluotaus Paaluväliltä 0 1200 tehtiin maatutkaluotaus (15.2.2006). Luotauksen perusteella alkuperäisen rakennekerrosten vahvuus oli 20 60 cm ja pohjamaa oli pehmeää koerakenteen paaluvälillä 500 900. Kantavuusmittaukset Lähtötilanteen kantavuus mitattiin 17.5.2006 (kuva 4). Kantavuusmittaukset ennen koerakentamista tehtiin vain rikastushiekkarakenteen osuudella. Kuitutuhkarakenne sijoittui uudelle tielinjalle. Kuva 4. Vihtolan yksityistien kantavuus keväällä 2006. 3.2 Ympäristökelpoisuus Kohteessa otettiin maa- ja vesinäytteitä vuonna 2006 ennen rakentamista ja noin vuoden kuluttua rakentamisesta vuonna 2007. Maanäytteiden analyyseistä vastasi Lappeenrannan teknillinen yliopisto. Vesinäytteet otettiin ja analysoitiin Kaakkois-Suomen tiepiirin toimesta (Destia Oy). Tulokset on käsitelty luvussa 4.2. 4. Seurantatutkimukset 2007-2008 4.1 Tekniset Seuranta on kohdistettu sekä koerakenteisiin että vertailurakenteeseen, joka on kohteen perinteisesti toteutettu rakenneosuus.paaluvälillä 400 2300 (murskerakenne,). Vertailurakenteesta on käytettävissä kantavuusmittausten tuloksia syksyltä 2006 ja tasaisuusmittauksia keväältä 2007. Nämä tulokset on esitetty koerakenteiden vastaavien tulosten yhteydessä. Vihtola-Jäkkö.doc 6

4.1.1 Rakennetutkimukset Kohteesta otettiin elokuussa 2007 rakennenäytteitä timanttiporalla. Poranäytteiden oton yhteydessä mitattiin kerrospaksuudet, valokuvattiin kohdetta ja tehtiin kuntoarviointia (kuva 5 ja taulukko 3). Tutkimuksia tehtiin neljästä poikkileikkauksesta rikastushiekkarakenteesta. Kuitutuhkarakenteesta näitä tutkimuksia ei tehty. Kuitutuhkarakenne todettiin hyväkuntoiseksi ja sen toimivuudessa ei ollut esiintynyt ongelmia ensimmäisen vuoden aikana. Poranäytteiden otto jätettiin tekemättä sen vuoksi, että ei ollut perusteltua lähteä rikkomaan hyväkuntoista rakennetta. Taulukko 3. Rikastushiekka-tuhka rakenteesta porattujen näytteiden yksiaksiaaliset puristuslujuudet (näytteenotto Tero Jokinen, Ramboll 21.-22.8.2007). Paalu 550 RH+LT 650 RH+LT 675 RH+LT 805 RH+LT Havainnot näytteenoton yhteydessä - virheetön päällyste 50 mm - murskekerros 70 90 mm - kiinteäpintainen koerakennekerros, kohtuullisesti porattavissa - porakappaleet katkeavat helposti - porakappaleet silmämääräisesti tarkastellen homogeenisia, yksittäisiä rikastushiekka/tuhka-lajittumia - hyväkuntoinen päällyste 50 mm, vasemmalla kaistalla kapea pituushalkeama - murskekerros 20 mm - kiinteäpintainen koerakennekerros 200 mm, hyvin porattavissa; luja, ehjä ja homogeeninen - kaksi porakappaletta kerroksen paksuudelta yksi kappale noin 100 mm -porakappaleet silmämääräisesti tarkastellen homogeenisia, yksittäisiä rikastushiekka/tuhka-lajittumia - virheetön päällyste 50 mm - murskekerros 60 70 mm - kiinteäpintainen koerakennekerros 180 200 mm, hyvin porattavissa, lähes koko kerroksen korkuiset kappaleet luja, kiinteä - kaksi porakappaletta keskikaistalta kerroksen paksuudelta noin 200 mm kaksi kappaletta reunasta kerroksen keskiosasta -porakappaleet silmämääräisesti tarkastellen homogeenisia, yksittäisiä rikastushiekka/tuhka-lajittumia, myös murskerakeita - virheetön päällyste 50 mm - murskekerros 50 mm - kiinteä- ja karkeapintainen koerakennekerros 270 mm, melko hyvin porattavissa luja, kiinteä - kaksi porakappaletta molemmat katkesivat yläosasta, noin 100 ja 200 mm korkuiset porakappaleet -porakappaleet silmämääräisesti tarkastellen homogeenisia, yksittäisiä rikastushiekka/tuhka-lajittumia Puristuslujuus [MPa] - keskellä Puristuslujuus [MPa] - reunassa 2,5 / 3,3 1,7 3,9 4,9 / 4,3 3,6 Rakenteiden suunnittelussa asetetut tavoitelujuudet olivat rikastushiekkatuhkarekenteelle 1,5-2,0 MPa ja kuitutuhkarakenteelle 0,8-1,0 MPa. Stabiloidusta kantavasta kerroksesta otettujen poranäytteiden lujuustaso vaihteli välillä 1,7 4,9 MPa keskiarvon ollessa 3,4 MPa. Rakenteelle asetettu tavoitelujuustaso saavutettiin jokaisessa tutkimuspisteessä ja lujuuden keskiarvotaso ylittää tavoitetason selvästi. Tältä osin tulos on hyvä ja pienentää rakenteessa esiintyvän epähomo- 3,3 Vihtola-Jäkkö.doc 7

geenisuuden aiheuttamia riskejä lopputuloksen laadun ja erityisesti pitkäaikaiskestävyyden osalta. Kuva 5. Porakappaleet 21.-22.8.2007. 4.1.2 Silmämääräinen seuranta ja visuaalinen vauriokartoitus Seuranta on toteutettu pääosin kunnossapidon ohjauksen (Kaakkois-Suomen tiepiiri) yhteydessä ilman erillisiä kohdekäyntejä. Seurannassa tehtiin havaintoja yleiskunnosta ja mahdollisista poikkeamista normaalista, valokuvattiin kohdetta, ja arvioitiin kunnossapitotarvetta (työmäärä ja kustannukset). Seurannan yhteydessä on tehty arviointia myös pilottikohteiden laadusta vertailuosuuksiin nähden. Maaliskuun lopulla (vrt. kuva 6) tehtyjä havaintoja: - molemmissa koerakenteissa havaittiin useissa kohdissa, melko pitkällä osuudella, mutta ei kuitenkaan läpeensä, keskikohdan halkeamia, jotka vaikuttavat alustavasti päällystystyön aikaiselta keskisaumavirheeltä - rikastushiekkarakenne: päällysteen läpi ulottuva poikkihalkeama sekä selvä kohoutuma kohdassa, jossa pelto muuttuu metsäksi ja pengerrys leikkaukseksi, lähinnä vaurion todellinen syy voi olla tien poikki menevä vesijohtokaivanto lisäksi ko. kohdan yhteydessä olevan maantien liittymän ja päätien kulmauksessa tien luiska on purkautunut siten että koerakenne näkyy piennarmurskeen alta - kuitutuhkarakenne: ei ollut keskihalkeamien lisäksi muita vaurioita Vihtola-Jäkkö.doc 8

- muuten molemmat koerakenneosuudet olivat erittäin tasaisia; tie lienee ollut kuitenkin vielä kohtuullisen syvältä jäässä, koska rakentamattomilla osuuksilla pintakelirikko ei ollut paha Kuva 6. Vihtolantien koerakenteiden vaurioita (Hannu Moilanen 29.3.2007). Pahimpaan kelirikkoaikaan (huhti-toukokuu 2007) ajoitetun kohdekäynnin yhteydessä tehtiin koko osuudelta systemaattinen paalutukseen sidottu vauriokartoitus. Kohdekäynnillä kiinnitettiin silmämääräisen seurannan tekijöiden lisäksi huomiota muun muassa painumiin, heittoihin, routaongelmiin, kantavuuteen, raiteistumiseen, kuoppiin, reikiin, tien leviämiseen, silmäkkeisiin, päällystevaurioihin yms.. Rikastushiekkatuhkarakenteessa oli 5 poikkihalkeamaa keskimäärin 80 metrin välein. Pituushalkeamaa oli keskilinjalla ja kaistoilla. Myös vinosuuntaista pituushalkeamaa esiintyi. Kuitutuhkarakenteessa oli kaksi pituushalkeamaa keskilinjalla. (Jukka Hackman). Voidaan todeta, että silmämääräisten kuntokartoitusten perusteella molemmat osuudet olivat pysyneet suhteellisen tasaisina eikä pahoja vaurioita esiinny. Erityisesti kuitutuhkaosuus oli säilynyt käytännössä vauriottomana. Rikastushiekka-tuhkan kohdalla rakenteessa oli näkyvissä jonkin verran kapeaa pituushalkeilua ja muutamia poikkikatkoja. 4.1.3 Päällystevauriot Vauriokartoitus toteutettiin Ecoroad - projektin toimesta 15.5.2007. Kuvassa 7 on esitetty rikastushiekka-tuhka rakenteen osuudella havaitut vauriot. Rikastushiekka-tuhka Vihtola-Jäkkö.doc 9

rakenteessa oli poikkihalkeamia (4 kpl), keskihalkeamaa ja kapeaa pituushalkeamaa. Kuitutuhkarakenteessa ei ollut havaittavissa vaurioita keskisauman halkeamaa lukuun ottamatta. Molemmat osuudet olivat pinnaltaan suhteellisen tasaisia eikä pahoja vaurioita esiintynyt. Kuva 7. Rikastushiekka-tuhka rakenteen vauriokartoitus (Ramboll/Harri Jyrävä). Kuva 8. Vihtolan tien koerakenteiden vaurioita (15.5.2007). Vihtola-Jäkkö.doc 10

4.1.4 IRI- ja URA-mittaukset Vihtolan tiellä suoritettiin IRI/URA-mittaus toukokuussa 2007 (kuva 9). Taulukossa 4 on esitetty keskimääräiset tasaisuusarvot koko rakennuskohteelle ja koerakenne- sekä vertailurakennekohtaisesti. Rikastushiekka-tuhka rakenteessa mitattu IRI-arvo on pienempi kuin kohteella keskimääräisesti tai vertailurakenteilla, mutta URA-arvo on suurempi (erityisesti oikean kaistan osalta). Kuitutuhkarakenteen mitattu IRI-arvo on jonkin verran suurempi kuin kohteella keskimääräisesti ja vertailurakenteilla, mutta sen sijaan URA-arvo on pienempi. Tehdyt havainnot tulee suhteuttaa rakenteen lyhyeen käyttöikään. Taulukko 4. Kohteen IRI- ja URA-mittauksien (6.5.2007) keskiarvot paaluväleittäin/kaistoittain. Paaluväli IRI 10 m [mm/m] IRI 100 m [mm/m] URA 10 m [mm] URA 100 m [mm] 0-3020 6,9 6,8 oikea 4,0 3,8 5,0 5,0 vasen 3,9 3,7 3,8 3,7 500-900 RH 8,8 9,4 oikea 3,1 3,1 6,8 7,7 vasen 3,2 3,1 4,3 4,3 1725-2000 KT 4,3 4,8 oikea 4,1 4,8 2,4 3,0 vasen 4,4 4,7 3,3 3,2 0-500,900-1725 ja 2000-3020 6,6 6,6 REF oikea 4,0 3,8 4,8 4,8 vasen 3,9 3,7 3,7 3,7 URASYVYYS, URA - 100m [mm] OIKEA OIKEA 2 VASEN VASEN 2 20.00 18.00 16.00 14.00 R.Hk + LT kuitutuhka URA [mm] 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 PAALU [m] Vihtola-Jäkkö.doc 11

10 9 8 7 R.Hk + LT TASAISUUSMITTAUS, IRI - 100m [mm/m] OIKEA OIKEA 2 VASEN VASEN 2 kuitutuhka IRI [mm/m] 6 5 4 3 2 1 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 PAALU [m] Kuva 9. Tasaisuusmittaukset Vihtola-Jäkkö pilottikohteella kesällä 2007. Tasaisuusmittausten (IRI/URA) ja Tiehallinnon kuntoluokituksen mukaan (TIEH 3200969-v) tien kunto vaihtelee molemmilla osuuksilla hyvän ja tyydyttävän tasolla. Rikastushiekka-tuhka osuudella on havaittavissa selvästi enemmän urautumista (erityisesti oikea kaista) kuin pilotilla keskimäärin (tämä voi johtua rakennusaikaisista tiivistysongelmista / -työmenetelmistä), toisaalta kuitutuhkaosuuden IRI-lukemat ovat keskiarvotason yläpuolella. Viimeksi mainittu mittaustulos on sikäli yllättävä, että kohdekäyntien yhteydessä tehtyjen silmämääräisten arviointien perusteella kuitutuhkaosuus on erittäin hyväkuntoinen. 4.1.5 Kantavuusmittaukset Pilotin seuranta käynnistettiin noin kaksi kuukautta rakentamisen jälkeen tehdyillä kantavuusmittauksilla. Kohteen kantavuudet on mitattu päällysteen päältä molempien pilottirakenteiden osuuksilla sekä kantavan kerroksen päältä vertailurakenteen kohdalla marraskuun lopussa 2006. Pudotuspainolaitteella mitattujen tulosten perusteella vertailurakenteiden E2-kantavuuksien keskiarvo oli 169 MPa (yksittäiset mitatut arvot 134 215 MPa), rikastushiekka-tuhka rakenteen 415 MPa (yksittäiset mitatut arvot 277 523 MPa) ja kuitutuhkarakenteen 303 MPa (yksittäiset mitatut arvot 228 360 MPa). On huomattava, että osasta rakenteita keskiarvo on laskettu vain 2-3 mittauksen tuloksista ja vertailuosuudet olivat vielä päällystämättöminä. Kantavuudet on esitetty kuvassa 10. Kantavan kerroksen pinnasta mitattuna ennakkoarvio kantavuudelle oli 145 185 MPa (päällyste vaikuttaa +30 +40 MPa) eli toteutuneet pilottirakenteiden kantavuudet ylittävät selvästi ennakoidun tavoitetason. Mittaukset on tehty ennen talvea eli rakenne ei ole jäätynyt vielä kertaakaan. Kantavuudet mitattiin uudelleen noin seitsemän kuukauden kuluttu rakenteiden valmistuttua ja pahimpaan kelirikko aikaan toukokuun alussa 2007. Pudotuspainolaitteella mitattujen tulosten perusteella E2-kantavuuksien keskiarvo oli rikastushiekka-tuhka pilottiosuudella 363 MPa (yksittäiset mitatut arvot 144 829 MPa) ja 257 MPa (yksittäiset mitatut arvot 171 344 MPa) kuitutuhkarakenteelle. Rakenteiden keskiosan kantavuudet olivat parempia verrattuna reunaan molemmissa koerakenteissa. Keskikaistalla kantavuus oli 412 MPa (224..829 MPa) ja reunassa 310 MPa (144 507 MPa) paaluvälillä 500 900. Vastaavasti keskikaistalla kantavuus oli 274 MPa (228 344 MPa) ja reunassa 240 MPa (171 302 MPa) paaluvälillä 1725 2000. Tiepiiri ei mitannut tällä kertaa lainkaan päällystämättömien vertailuosuuksien kantavuuksia eli siltä osin ei ole käytettävissä vertailutietoa. On huomattava, että osasta rakenteita keskiarvo on laskettu vain 3-6 mittauksen tuloksista. Kantavuudet on esitetty kuvan 11 kuvaajassa. Vihtola-Jäkkö.doc 12

Tulosten perusteella molempien pilottiosuuksien kantavuus oli marraskuussa 2006 tavoitetasoa korkeampi rikastushiekka-tuhka osuuden kantavuuskeskiarvon ollessa 400 MPa luokkaa ja kuitutuhkaosuuden noin 300 MPa. Toukokuussa 2007 tulokset olivat samansuuntaisia vaikka molemmilla osuuksilla kantavuus oli 40 50 MPa syksyn mittauksia matalammalla tasolla. Hieman matalampi yleistaso selittyy mittausajankohdalla, mutta tuloksissa oli rikastushiekka-tuhkaosuudella havaittavissa huomattavan suurta hajontaa eri mittauspisteiden välillä (144 829 MPa). Rakentamisen aiheuttama epähomogeenisuus voi siis näkyä tierakenteen ominaisuuksissa. Kuitutuhkaosuudella kantavuuksissa ei ole havaittavissa läheskään yhtä suurta hajontaa ja rakenteen ominaisuudet ovat tältä osin suunnitellulla tasolla. Kuva 10. Vihtolan tien (pt 14975) kantavuusmittaus (27.11.2006) päällysteen päältä pilottirakenteille 1 ja 2 sekä kantavan yläpinnasta vertailurakenteelle. Vihtola-Jäkkö.doc 13

Kuva 11. Vihtolan tien (pt 14975) kantavuusmittaus 4.5.2007, pahimman kelirikon aikana. 4.2 Ympäristökelpoisuus Pinta- ja pohjavesiseuranta Koerakenteen seurannan kannalta merkittävimmät seuratut laatuparametrit ovat Cr, Mo ja SO 4 -pitoisuudet, joissa liukoisuustestin mukaan on ylitetty peitetyn rakenteen raja-arvot (ks. luku 2.1.2: Cr 0,5-3,0 mg/kg, Mo 0,7-2,91 mg/kg ja SO 4 4800-5500 mg/kg). Pinta- ja pohjavesinäytteiden tulokset on esitetty liitteessä 1. Kuitutuhkarakenteen plv 1600-2000 kohdalla sijaitsee kaksi tarkkailupistettä. Ojasta on otettu näytteet sekä ylä- että alavirran puolelta ennen rakentamista vuonna 2006 sekä noin vuosi rakentamisen jälkeen, vuonna 2007. Ojavesien laatu täyttää tutkituilta osin talousveden laatusuositukset ja vaatimukset muutoin paitsi raudan ja alumiinin osalta. Talousvesisuosituksia korkeammat rauta- ja alumiinipitoisuudet ovat pintavesissä tavanomaisia. Eri ajankohtina otetuissa näytteissä ei ollut havaittavissa merkittäviä poikkeamia. Myöskään ylä- ja alavirran näytteet eivät poikenneet toisistaan. Koerakennetta lähimpänä sijaitsevasta talousvesikaivosta otetut näytteet olivat hieman happamia ja vuonna 2006 (ennen rakentamista) rautapitoisuus ylitti talousveden laatusuosituksen. Eri laboratorioissa määritetyissä, samanaikaisesti otetuissa näytteissä nitraattipitoisuudessa (NO 3 ) saatiin hieman toisistaan poikkeavia tuloksia. Kaivon nitraattipitoisuudet ylittivät talousveden laatuvaatimuksen (50 mg/l) kolmessa näytteessä neljästä. Pitoisuuden nousu ei liity koerakentamiseen, sillä nitraattipitoisuus oli kyseisessä kaivossa vastaavalla tasolla jo ennen koerakentamista. Muilta osin kaivovesinäytteet täyttivät laatusuositukset ja vaatimukset eikä merkittäviä pitoisuusvaihteluita havaittu. Vihtola-Jäkkö.doc 14

Rikastushiekka-tuhkarakenteen plv 400-900 kohdalla sijaitsee myös kaksi tarkkailupistettä. Ojasta on otettu näytteet ylä- ja alavirran puolelta ennen rakentamista vuonna 2006 sekä noin vuosi rakentamisen jälkeen, vuonna 2007. Ojavesien laatu täyttää tutkituilta osin talousveden laatusuositukset ja vaatimukset muutoin paitsi raudan ja alumiinin osalta. Talousvesisuosituksia korkeammat rauta- ja alumiinipitoisuudet ovat pintavesissä tavanomaisia. Eri ajankohtina otetuissa näytteissä ei ollut havaittavissa merkittäviä poikkeamia. Myöskään ylä- ja alavirran näytteet eivät poikenneet toisistaan. Koerakennetta lähimpänä sijaitsevan talousvesikaivon vesinäytteet ylittävät talousveden laatuvaatimuksen (1,5 mg/l) fluoridin osalta. Fluoridin esiintyminen korreloi merkitsevästi molybdeenin esiintymisen kanssa (Lahermo et. al 2002), josta syystä myös kaivon molybdeenipitoisuudet ovat huomattavan paljon korkeampia kuin alueen muissa kaivoissa. Lisäksi kaivovesi ei ollut hygieenisesti täysin moitteetonta. Vuoden 2007 vesinäytteessä esiintyi koliformisia bakteereita. Bakteerit ja nitriittitypen esiintyminen viittaa kaivon huonoon kuntoon ja pintavesivuotoihin. Kaivoveden laatumuutoksilla ei ole yhteyttä koerakenteeseen. Muilta osin kaivovesinäytteet täyttivät laatusuositukset ja vaatimukset eikä merkittäviä pitoisuusvaihteluita havaittu. Maanäytteiden seuranta Pilottirakentamisen maanäytteiden seurantulokset on esitetty taulukoissa 5 ja 6. Maanäytteet on otettu sivusuunnassa 10 metrin etäisyydeltä tien keskiviivasta 0,5 2,5 m syvyyksiltä molempien pilottirakenteiden kohdalta. Kokonaispitoisuudet on määritetty 1 ja 2 metrin syvyyksiltä otetuista näytteistä. Verrattaessa vuoden 2006 ja 2007 tuloksia havaitaan, että pitoisuuksissa ei ole tapahtunut muutoksia, jotka osoittaisivat käytettyjen sivutuotteiden vapauttavan ympäristöön haitta-aineita tarkastellulla ajanjaksolla. Taulukko 5. Tielinjan sivusta otettujen pohjamaanäytteiden määritetyt pitoisuudet (mg/kg) ennen rakentamistoimenpiteitä (lähtötilanne 2006). Vihtola-Jäkkö.doc 15

Taulukko 6. Tielinjan sivusta otettujen pohjamaanäytteiden määritetyt pitoisuudet (mg/kg) vuosi rakentamisen jälkeen (seurantatulokset 2007). Paalut 500-900 rikastushiekka-lentotuhkarakenne ja paalut 1725-2000 kuitutuhkarakenne. 4.3 Haastattelut Kohteen tiemestarin puhelinhaastattelu toteutettiin marraskuussa 2007. Tiemestari Juhani Valjakka totesi haastateltaessa, että pilottirakenteiden yleiskunto on hyvä, mutta myös vertailuosuuksien kunto on samalla tasolla. Myöskään ajoradan tasaisuus ei poikkea muusta vastaavan tasoisesta tiestöstä. Kohteessa esiintyy jonkin verran kapeita pituushalkeamia, jotka on bitumisaumattu, mutta vastaavia pituushalkeamia esiintyy yleisesti tämän tasoisen tiestön päällysteissä eli kohde ei tässäkään poikkea yleisestä kuntotasosta. Normaalista tienpidosta poiketen stabiloidun rikastushiekka-tuhka rakenteen kohdalla on tulossa kunnossapidosta lisälasku maaporan käyttötarpeesta aurausviittojen asennuksessa (viittojen vaatiman asennusreiän tekeminen stabiloituun kerrokseen). Muutoin kunnossapidon kannalta pilottirakenteet eivät ole tähän mennessä vaikuttaneet kunnossapitokustannuksiin. Ensimmäisen seurantavuoden aikana tien käyttö ei ole vaikuttanut tien kuntoon ja pilottirakenteet kestivät ensimmäisen talven rasitukset hyvin. Tiemestarin mukaan pilottirakenteiden toimivuusennuste jatkossa on hyvä. 15.1.2008 Juhani Valjakka teki havainnon tien pinnan jäisyydestä pilottirakenteiden kohdalla, kun muu tieosuus oli pinnaltaan sula. Tiemestari kuvasi rikastushiekka-tuhka rakenteen pintaa polanteiseksi (vrt. kuva 12) ja kuitutuhkarakenteen pintaa jäiseksi. Muuten tien pinta oli sulanut (vrt. kuva 12 etuala). Vihtola-Jäkkö.doc 16

Kuva 12. Rikastushiekkarakenteen jäistä pintaa (Juhani Valjakka, 15.1.2008). Rikastushiekkarakenteen kohdalla havaittiin 7.4.2008 tehdyssä silmämääräisessä vauriokartoituksessa koerakenteen alkuosassa runsaasti halkeamia. Kuitutuhkarakenteen kohdalla tie oli painunut epätasaisesti etenkin sisäkaarteen puoleisessa reunassa. Epätasainen painuminen johtunee todennäköisesti puutteellisesta kuivatuksesta. 5. Tutkimustulosten arviointi Vihtola-Jäkön pilottiosuuksien toteutuksessa esiintyi jonkin verran ongelmia ja poikkeamia suunnitellusta, mikä voi ainakin rikastushiekka-tuhka rakenteen osalta vaikuttaa heikentävästi lopputuloksen laatuun. Lähtömateriaalien laatu vastasi suunniteltua, mutta aumasekoituksena toteutettu sekoitusprosessi osoittautui suhteellisen työlääksi erityisesti massojen laadun seurannan ja säätämisen osalta. Tämän vuoksi sekoitustyön ja massojen käytön välinen aikaviive venyi selvästi haluttua pidemmäksi vaikka massojen laatu sinällään saatiinkin pysymään hyväksyttävällä tasolla. Työn toteutus poikkesi materiaalin levitystavan osalta oleellisesti työohjeissa esitetystä (mm. ei käytetty levitintä) mikä osaltaan vaikuttaa lopputuloksen laatuun aiheuttaen levitetyn kerroksen epähomogeenisuutta. Poikkeaminen ohjeista todennäköisesti vaikeutti myös tiivistystyötä, jolloin rikastushiekka-tuhka rakenteen tiiveysasteessa ei päästy kaikilta osin vaaditulle tasolle. Kuitutuhkaosuus saatiin edellisestä huolimatta tiivistettyä lähes suunnitellulla tavalla. Merkittävä työvirhe oli myös urakoitsijan rikastushiekka-tuhka osuuden alkupäässä tekemä stabiloidun kerroksen tiivistystyö vielä varsinaista rakentamista seuraavana päivänä, mikä on voinut vaurioittaa stabiloitua kerrosta ja heikentää siten rakenteen laatua kyseisellä osuudella. Kokonaisuus huomioiden rakentamisen toteutuksen voidaan katsoa onnistuneen vain kohtuullisesti. Suunnitelmien mukaan piti valmis massa levittää asfaltinlevittimellä (tai vastaavalla) tasaiseksi kerrokseksi, mutta urakoitsija toteutti työn vastoin ohjeita käyttäen levitystyössä pyöräkuormaajaa, kaivinkonetta ja tiehöylää. Tämän takia sivutuotekerroksen pinta jäi osittain aaltoilevaksi/epätasaiseksi ja on mahdollista, että sivutuotekerrokset Vihtola-Jäkkö.doc 17

ovat tiivistyneet epätasaisesti erityisesti tien poikkisuunnassa. Myös massojen levitys tien reunaosilla aiheutti käytetystä työtavasta johtuen ongelmia. Löyhänä levitetty sivutuotekerros tiivistyi suhteellisen voimakkaasti aiheuttaen lisätyötä oikean kerroksen kokonaispaksuuden kontrolloinnissa ja säätämisessä. Levitintä käytettäessä näistä mainituista tekijöistä aiheutuvia ongelmia olisi pystytty ratkaisevasti pienentämään tai ne olisi jopa vältetty kokonaan, joskin levitystyö olisi todennäköisesti jouduttu toteuttamaan kahtena erillisenä kerroksena. Jatkossa onkin syytä kiinnittää erityshuomiota levityspäässä käytettyjen työmenetelmien kontrollointiin ja asetettujen työmenetelmien noudattamiseen. Erityisesti massojen levittäminen ilman levitintä ja lopputiivistyksen toteuttaminen pahimmillaan vasta seuraavana päivänä heikentävät väistämättä rakentamisen laatua. Suunniteltujen, alle 10 cm paksujen kerrosten käyttö koettiin työmaalla työteknisesti hankalaksi. Keväällä 2007 mitattu rikastushiekka-tuhka rakenteen kantavuus oli noin 360 MPa. Kantavuusmittaustuloksissa on hajontaa erityisesti SCI-arvon osalta. Tulos saattaa kertoa rikastushiekka-tuhkakerroksen epähomogeenisuudesta, mutta tätä on vielä varhaista arvioida. Kantavuustuloksia onkin syytä täydentää jatkossa. Toisaalta rakentamisen yhteydessä sivutuotekerroksen alusta urautui ja kerroksen alapinta sekoittui osittain jakavaan kerrokseen, jonka kantavuus oli alhainen ja toteutuksessa käytetty materiaali oli vaatimusrajoilla. Rikastushiekka-tuhka rakenteen koekappaleista määritetyt lujuudet olivat 1,7 4,9 MPa syksyllä 2007 eli rakennetutkimusten perusteella osuuden stabiloidun kantavan kerroksen lujuustaso täyttää tavoitetason rakentamisesta esiintyneistä virheistä huolimatta. Kuitutuhkarakenteen kantavuus oli noin 260 MPa keväällä 2007. Tuloksissa ei ollut edellä kuvattua poikkeuksellisuutta ja erityisesti BCI-arvo oli pieni hajonnaltaan. Rakenteen kantavuus ylittää tavoitteen eikä osuudella esiinny käytännössä lainkaan vaurioita. IRI-mittausten tulokset olivat kuitenkin heikompia kuin pilottikohteen keskiarvotaso mikä on yllättävää, sillä silmämääräisen arvioinnin perusteella kuitutuhkaosuus on erittäin hyväkuntoinen. Tältä osin tuloksia on syytä tarkentaa jatkoseurannan yhteydessä. Vihtola-Jäkkö pilottikohteen rakenteiden lopullista toimivuustarkastelua sekä tulosten luotettavaa arviointia ei voida vielä luotettavasti tehdä vuoden seurannan perusteella. Toteutetut ratkaisut vaikuttavat kuitenkin toimivilta rakentamisen laadussa esiintyneistä poikkeamista huolimatta. Jatkossa kohteen olisi toivottavaa olla mukana tiepiirin seurantaohjelmassa, jolloin siitä olisi myöhemmin saatavissa mm. URA-, IRI- ja kantavuustietoja. Myös päällystevaurioinventoinnin ja runkokelirikkoarvioinnin tekeminen on tärkeää. Koko tiekohdetta tulisi havainnoida, ja koerakennuskohteiden lisäksi seuranta tulee kohdistaa ainakin paaluväleille 1000 1400 ja 2100 2500. Kokonaisuutta ajatellen rakenteet ovat käyttäytyneet jokseenkin suunnitellulla tavalla. Kohteen kunto on parantunut oleellisesti eikä merkittäviä vaurioita ole esiintynyt. Erityisesti kantavuus on parantunut selvästi. Rakentamisen yhteydessä syntyneet poikkeamat suunniteltuun nähden näkyvät kuitenkin rikastushiekka-tuhka osuuden seurantatuloksissa aiheuttaen vaikeasti arvioitavissa olevan epävarmuustekijän rakenteen pitkäaikaistoimivuuden suhteen. Kuitutuhkaosuuden osalta odotusarvo rakenteen pitkäaikaistoimivuuden suhteen on positiivinen. Vihtola-Jäkkö.doc 18

Viitteet CEN/TS 14405 (Jätteiden karakterisointi. Liukoisuustestit. Läpivirtaustesti ylöspäin (määritellyissä olosuhteissa).characterization of waste. Leaching behaviour tests. Upflow percolation test (under specified conditions) Ecoroad-nettisivut, mm. englanninkielinen nettilinkki josta löytyvät ympäristöseminaarin 15.11.2007 esitykset: http://www2.lut.fi/kete/ecoroad/index.html ja suomenkieliset sivut, josta löytyvät raportit: http://www2.lut.fi/kete/ecoroad/ajankohtaista.htm Jyrävä, H., Ronkainen, M., Maijala, A., Lahtinen, P., Kilpeläinen, J. ja Reinikainen, S.-P. Ecoroad Ecological utilization of industrial waste materials on road construction, projektiyhteenveto. Julkaisu 175. Lappeenrannan Teknillinen tiedekunta. http://www2.lut.fi/kete/ecoroad/index.html Lahermo P., Tarvainen T., Hatakka T., Backman B., Juntunen R., Kortelainen N., Lakomaa T., Nikkarinen M., Vesterbacka P., Väisänen U. ja Suomela P.: Tuhat kaivoa Suomen Kaivovesien fysikaalis-kemiallinen laatu vuonna 1999. Geologian tutkimuskeskus. Espoo. Tutkimusraportti 155. Sorvari, J. Ympäristökriteerit mineraalisten teollisuusjätteiden käytölle maarakentamisessa. Suomen ympäristö 421/2000. Suomen ympäristökeskus. STM 461/2000. Sosiaali- ja terveysministeriön asetus talousveden laatuvaatimuksista ja valvontatutkimuksista STM 74/1994: Sosiaali- ja terveysministeriön päätös talousveden laatuvaatimuksista ja valvontatutkimuksista 74/1994. Annettu Helsingissä 21.1.2994. (www.finlex.fi/fi/laki/alkup/1994/19940074) TIEH 3200969-v. Tieomaisuuden yhtenäinen kuntoluokitus. Tiehallinnon selvityksiä 57/2005. Verkkojulkaisu pdf (www.tiehallinto.fi/julkaisut) Tietoa tiesuunnitteluun 71. TIEN PÄÄLLYSRAKENTEEN MITOITUKSESSA KÄYTETTÄVÄT MODUULIT JA KESTÄVYYSMALLIT Tiehallinto, tie- ja geotekniikka, 27.1.2005 VNa 591/2006. Valtioneuvoston asetus eräiden jätteiden hyödyntämisestä maarakentamisessa Vihtola-Jäkkö.doc 19

LIITE 1. Kaivojen vesinäytteiden vuosien 2006 ja 2007 talousvesianalyysien tulokset. Tummennetut analyysitulokset eivät täytä talousveden laatuvaatimuksia tai suosituksia (Koetoimintailmoituksen päätöksen mukaisen seurannan ilmoituksen liite 2). 1

LIITE 2. Kaivojen ja ojien vesinäytteiden vuosien 2006 ja 2007 monialkuaineanalyysit sekä DOC, TOC ja Hg määritykset (Koetoimintailmoituksen päätöksen mukaisen seurannan ilmoituksen liite 3). 2

LIITE 2. jtk. Kaivojen ja ojien vesinäytteiden vuosien 2006 ja 2007 monialkuaineanalyysit sekä DOC, TOC ja Hg määritykset (Koetoimintailmoituksen päätöksen mukaisen seurannan ilmoituksen liite 3). 3

LIITE 2.jtk. Kaivojen ja ojien vesinäytteiden vuosien 2006 ja 2007 monialkuaineanalyysit sekä DOC, TOC ja Hg määritykset (Koetoimintailmoituksen päätöksen mukaisen seurannan ilmoituksen liite 3). 4