Siipikairaus Mitä pitää huomioida? Petteri Ukonjärvi 9.10.2014
Sisällysluettelo Käytössä olevat laitteistot Siipikairauksen mahdolliset virhelähteet yleisesti Havainto mittaustulosten eroista Kulmaliikekytkin virhelähteenä Maan häiriintyminen siiven ympärillä Etäisyys aikaisemmin tehtyihin kairauksiin Siiven pyöritysnopeus Kalibrointikertoimen määritys Siipikertoimet Eurostandardin tuomat muutokset Suunnittelija Mitä tulisi huomioida?
Suomessa käytettävät momenttimittarit mekaaniset momenttimittarit Nilcon Momenttiavain Geonor Kuvalähde: Paaso 2014. Kuvalähde: Ukonjärvi 2013. 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 3 Kuvalähde: Ukonjärvi 2013. 3
Suomessa käytettävät momenttimittarit sähköiset momenttimittarit (Vol 1) Tangon pyöritys ja momentin mittaus maanpäältä. Geomachine - GM 4W Geotech AB EVT 2000 Kuvalähde: Ukonjärvi 2013. Kuvalähde: Geotech AB 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 4 4
Suomessa käytettävät momenttimittarit sähköiset momenttimittarit (Vol 2) Momentin mittaus siiven yläpuolelta. Pyöritysmoottori joko maanpäällä tai siiven yläpuolella. ENVI MemoVane A. P. Van den Berg - VATAP Kuvalähde: Ukonjärvi 2013. Kuvalähde: A. P. van den Berg 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 5 5
Momenttimittareiden määrä Kymmenen merkittävintä rautatieympäristön pohjatutkimusorganisaatiota Kuvalähde: Ukonjärvi 2014. 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 6 6
Siipikairan alaosat Kuvalähde: SGY. 1995. s.3. Kaikkien erilaisten siipikairan alaosien kanssa saatetaan käyttää lisäksi maaputkea täytekerrosten läpäisyssä - tavallisesti kuitenkin vain mallissa 3b. 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 7 7
Siipikairan alaosat - kulmaliikekytkimet Saatavilla neljä erilaista kulmaliikekytkintä: Teräskairan laakeriton (lähes poikkeuksetta käytössä) Teräskairan laakerillinen Teräskairan laakerillinen, jossa Geomachine Oy:n suunnittelema tiivisterakenne Geotechin laakerillinen Kuvalähde: Ukonjärvi 2013. 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 8 8
Siipikairauksen mahdolliset virhelähteet - yleisesti Siipikairauksen virhe voi liittyä Viallisiin laitteisiin Inhimillisiin virheisiin kairauksen toteutuksessa tai tulosten tulkinnassa Geologisiin olosuhteisiin Toisaalta virhe voi olla Kairauksen yleis-, piste- tai sijaintitiedoissa. Varsinaisessa mittaustuloksessa: häiriintymätön ja häiritty lujuus sekä jäännöslujuus. 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 9 9
Havainto mittaustulosten eroista Nilcon-siipikairaus suojaputkilla ja ilman suojaputkia 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 10 10
Tankovastuksen mittaus Ylhäällä: Nilconin kiekolla vapaaliikevara huomattavan pitkä. Alhaalla: Sähköisen siipikairan datassa vapaaliike erottuu selvästi mutta ei sijaitse kairauksen alussa. Kulmaliikekytkimen vapaaliikevara on todellisuudessa n. 15 astetta! Mikä on kulmaliikekytkimen sisäisen kitkan vaikutus mittaukseen? 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 11 11
Kulmaliikekytkimen huoltokäytänteet Kulmaliikekytkinten huoltokäytänteet hyvin vaihtelevia: Ei ole ollut tarvetta koskaan avata. (sama kulmaliikekytkin käytössä vuodesta 2009 asti) Jos tuloksessa vaippavastus on 1/2-2/3 maksimimomentista, niin se alkaa olemaan siinä rajoilla, kannattaako samalla kulmaliikekytkimellä jatkaa ainakaan ilman sen huoltamista. vrt. Aina kairauksen jälkeen putsataan ja voidellaan. Jos päivässä tehtiin kaksi siipikairausta, niin usein avattiinkin kaksi kertaa. Kulmaliikekytkimen sisäinen kitka voi olla 5 Nm tai jopa enemmän, vaikka kulmaliikekytkimen vapaaliikevara on edelleen käsivoimin pyöritettäessä. 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 12 12
Maan häiriintyminen siiven ympärillä Siiven leikkaussyvyyteen työntäminen häiriinnyttää maan rakennetta syrjäyttää maarakeita synnyttää maahan ylimääräisiä jännityksiä kasvattaa huokosvedenpainetta maahiukkasten keskinäiset sidokset rikkoutuvat => leikkauslujuus alenee Kuvalähde: A.B. Cerato & A.J. Lutenegger. 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 13 13
Maan häiriintyminen siiven ympärillä α-kertoimen kasvaessa mitattava suljettu leikkauslujuus pienenee maan häiriintymisen lisääntyessä. Tutkimuksessa arvioitiin ekstrapoloimalla, mikä olisi häiriintymättömän maan suljettu leikkauslujuus. Muokattu lähteestä: A.B. Cerato & A.J. Lutenegger. Kuvalähde: A.B. Cerato & A.J. Lutenegger. 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 14 14
Maan häiriintyminen siiven ympärillä Havaittuja virheellisiä menettelytapoja, jotka voivat lisätä maan häiriintyneisyyttä siiven ympärillä: Kulmaliikekytkimen vapaaliikkeen ottaminen tai koestus leikkaussyvyydessä. Momenttimittarin kiinnittäminen tangostoon tai momenttimittarin korkeusaseman muuttaminen tangostossa siiven ollessa leikkaussyvyydessä. Jotkin konsulttitoimistot menettelevät siten, että yhden tutkimuspisteen siipikairauksia tehdään kahdessa vierekkäisessä reiässä vuorotellen, kun osa leikkauksista tehdään odotuksella. On suuri vaara häiritä mittaussyvyyden maata irrotettaessa momenttimittaria tangostosta ja palattaessa takaisin odotuksessa olleelle tangostolle. Myös suojaputken asennuksessa käytettävällä ilma- ja vesihuuhtelulla on epäilty olevan vaikutusta joissakin tapauksissa maan häiriintymiseen. Haastattelujen perusteella siipi voidaan työntää leikkaussyvyyteen hyvinkin nopeasti, jos odotettavissa ei ole karkearakeisia maakerroksia. Tuleva siipikairauksen eurostandardi: painamisnopeus vakio ja enintään 2 cm/s. Siipeä ei puhdisteta kuivakuorikerroksen jälkeen, vaan jatketaan suoraan samalla siivellä seuraavaan leikkaussyvyyteen. 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 15 15
Siipikairauksen etäisyys aikaisemmin tehtyihin kairauksiin näin menetellään Etäisyys painokairauksiin 0,5 m tai tavallisesti 1 m (tai jopa 2 m). Porakonekairauksiin joillakin konsulteilla vain 1 m! Usein jää vain pt-konsultin omaan tietoon, jos huuhtelua on käytetty. Siipikairatangoston kääntyminen maassa aikaisempaan reikään ei varmaan tapahdu helposti. On kuitenkin kokemuksia tapauksista, joissa siipikairaus on kääntynyt vieressä tehdyn kairauksen reikään. 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 16 16
Siiven pyöritysnopeus Tankoja tulee kiertää tasaisella nopeudella 0,1 sekunnissa. (Kairausopas 2). Kiertonopeuden kasvattaminen kasvattaa mitattavaa suljettua leikkauslujuutta erityisesti korkean plastisuusluvun omaavilla savilla (n. 4-5% nopeuden kaksinkertaistuessa ja 10-15% nopeuden kymmenkertaistuessa). Kuvalähde: Chandler 1988, s. 23 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 17 17
Siiven pyöritysnopeus näin menetellään Suomessa Nilconin yhteydessä käytetään tangoston pyörittämiseen käsiveiviä tai sähkömoottoria. Vain osassa näistä sähkömoottoreista on pyöritysnopeuden näyttö. On epävarmaa, mille nopeudelle Nilconeiden yhteydessä käytettävät sähkömoottorit on kalibroitu ja ovatko ne riittävän voimakkaita säilyttämään nopeuden vakiona vääntömomentin kasvaessa. Sähköisissä siipikairoissa tangoston pyöritys tapahtuu vain sähkömoottorilla. Käytettäessä Geotechin sähköistä siipikairaa, pohjatutkijan on seurattava näytöstä kiertonopeutta ja tarvittaessa kasvatettava tangoston pyöritysnopeutta laitteen käyttöpaneelista. Oikea pyöritysnopeus ei ole tiedossa. Pyöritys tehdään hitaasti. Homma ei kuitenkaan lyö leiville, jos tankoa pyörittää niin hitaasti kuin pitäisi. Hidastetaan pyöritysnopeutta sitten, kun lähestytään murtokohtaa. 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 18 18
Kalibrointikertoimen määritys Tyypillisesti Nilconin kalibrointi suoritetaan kuormitusportailla 10 Nm, 20 Nm, 30 Nm,, 100Nm. 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 19 19
Siipikertoimet Tällä hetkellä käytössä olevissa siipikertoimissa on vaihtelua riippuen käytettävästä mittalaitteesta. Erimallisille siiville käytetään kuitenkin virheellisesti samoja siipikertoimia. Huom. Siipikertoimet tarkastetaan ja niistä annetaan yhteiset ohjeet koko alaa koskien. 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 20 20
Mitä muutoksia Eurostandardi tuo siipikairaukseen? Käsikammella varustettu Nilcon täyttää vain testityypin FV4 vaatimukset. Testityypeissä FV1 FV3 edellytetään tasaista tangon/siiven pyöritysnopeutta. Mikä tulee olemaan Nilconeiden kanssa käytettyjen sähköisten pyörittäjien kohtalo? Lähde: ISO 2009, s.5 FV2-luokka saavutettavissa nykyisillä sähköisillä siipikairoilla, jos siipikairan alaosassa käytetään suojaputkia tankojen ympärillä. Lisäksi vaippavastus suojaputkien ja tankojen välillä on voitava mitata ennen kairauksen aloitusta. 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 21 21
Mitä muutoksia Eurostandardi tuo siipikairaukseen? Pehmeässä savessa (su<20 kpa) suoritettavat siipikairaukset edellyttävät käyttöluokkien 1 ja 2 mukaisia tutkimuslaitteita. => Laitevaatimus väh. FV2 Lähde: ISO 2009, s.7 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 22 22
Suunnittelija - Mitä tulisi huomioida? Ohjeista - Siipikoko - Momenttimittari ja alaosan kalusto - Kairausten välimatka - Menettelytavat, niin tavallisissa kuin odotuksella tehtävissä siipikairauksissa - Tulosten graafinen raportointi sekä raakadatan toimitus Varmista - Tulosten käsittelyn oikeat menettelytavat - Alkukairaustapa Älä epäröi kysyä tarkennuksia! 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 23 23
KIITOS Kysymyksiä? 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 24 24
Lähteet A.B. Cerato & A.J. Lutenegger. Disturbance Effects of Field Vane Tests in a Varved Clay. University of Massachusetts, Amherst, MA, USA. A. P. van den Berg. VATAP - Vane Tester for in-situ measurement of the undrained shear strength of cohesive soils. Chandler, R.J. 1988. The In-Situ Measurement of the Undrained Shear Strength of Clays Using the Field Vane. Teoksessa Richards, A.F. Vane Shear Strength Testing in Soils: Field and laboratory Studies. Baltimore: STP 1014, ASTM, 13 44. Ingenjörsfirman Geotech AB. Users manual electrical field vane instrument Geotech EVT 2000. ISO. 2009. preen 22476-9, Geotechnical investigation and testing Field testing Part 9: Field vane test. Geneva: International Organization of Standardization. Paaso, E. 2014. SGY. 1995. Kairausopas II. 2. painos, 1999. Helsinki: Suomen Geoteknillinen yhdistys r.y. Ukonjärvi, P. 2013. 9.10.2014, Siipikairaus, Petteri Ukonjärvi, 25 25