Läpäisevän kerroksen paikallistaminen painumalaskennan tarpeisiin

TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEET TUTKIMUSOHJELMA 1994-2001 Menetelmäkuvaus TPPT 12 Espoo, 4.12.2001 Läpäisevän kerroksen paikallistaminen painumalaskennan tarpeisiin Jouko Törnqvist Rainer Laaksonen Markku Juvankoski 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. TPPTohjelmassa 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 Läpäisevän kerroksen paikallistaminen painumalaskennan tarpeisiin menetelmäkuvauksen ovat laatineet Jouko Törnqvist, Markku Juvankoski ja Rainer Laaksonen VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikasta. Menetelmäkuvauksen sisältö on käyty läpi yhdessä tielaitoksen asiantuntijoiden kanssa. Joulukuussa 2001 Markku Tammirinne

2 Sisältö 1 PAINUMALASKENTA... 3 2 LÄPÄISEVÄ REUNAEHTO... 5 3 LÄPÄISEVIEN KERROSTEN MÄÄRITTÄMINEN... 7 3.1 Mitattavien kohteiden valinta... 7 3.2 Läpäisevän reunaehdon jatkuvuuden varmistaminen... 9 4 MITTAUS... 9 4.1 Laitteisto... 9 4.2 Mittaus... 11 4.3 Mittaustulosten tulkinta... 11 4.3.1 Putkialenemamittauskaavan käyttö 11 4.3.2 Velocity graph-menetelmä 12 4.4 Virhelähteet... 13 5 KIRJALLISUUS... 14

3 1 PAINUMALASKENTA TPPT-suunnittelujärjestelmän painumalaskenta perustuu tien jatkuvan maastomallin muodostamiseen ensisijaisesti ns. pikselimallina (Menetelmäkuvaus TPPT 18 Tien jatkuvan painumaprofiilin laskenta pikselimallilla). Pikselimallissa maan ominaisuuksia kuvaavat lähtötiedot saadaan sähköisestä vastusluotauksesta ja täydentävistä pohjatutkimuksista. Maastomalli muodostuu tasotapauksessa (tien pituussuunnassa tai tien poikkisuunnassa) pienistä suorakaide-elementeistä, joissa elementtikohtaisista painumaominaisuuksista osa määritetään sähköisestä vastusluotauksesta muodostettavan vesipitoisuustomografian avulla (Menetelmäkuvaus TPPT 9 Sähköinen vastusluotaus tien painumalaskennan lähtötietojen hankkimisessa). Pikseleistä koostuvan maastomallin periaate on esitetty kuvassa 1. Tiepenger Huokosveden virtaussuunnat Vesipitoisuudesta riippumattomat parametrit pikseleittäin Vesipitoisuuden avulla määritellyt parametrit pikseleittäin Kuva 1. Pikseleistä koostuvan maastomallin periaate. Tien poikkisuuntainen tapaus. Kuvassa 2 on esitetty toimintakaavio sille, miten lähtötiedot muodostetaan pikselikerrosmalliin. Tavanomaisessa suunnittelukäytännössä tarvittavien lähtötietorekistereiden ja tiedostojen lisäksi toimintakaavioon kuuluvat olennaisina osina muunnokset maavastusluotauksista saatujen ominaisvastusten ja vesipitoisuuksien välillä sekä edelleen muunnokset vesipitoisuusavaruuden ja painumaparametrien välillä. Ensimmäisessä muunnoksessa ominaisvastukset muunnetaan paikkakohtaisiksi vesipitoisuuksiksi käyttämällä hyväksi radiometristen mittausten tuloksia (Menetelmäkuvaus TPPT 10 Radiometrinen reikämittaus) ja / tai maanäytteistä laboratoriossa määritettyjä pistekohtaisia vesipitoisuuksia. Toisessa muunnoksessa vesipitoisuus muutetaan painumalaskennan parametreiksi joko yleisten vuorosuhteiden tai ödometrikokeisiin pohjautuvien paikkakohtaisten muunnosten avulla. Muut painumaaskennassa käytettävät suureet, esim. vesipitoisuudesta riippumattomat painumaparametrit, kuormitus- ja virtausreunaehdot jne. muodostetaan tavanomaisen suunnittelukäytännön mukaisesti. Koska sähköisellä vastusluotauksella maapohjasta saatava informaatio keskimääräistyy, on esimerkiksi painuvien kerrosten sisällä oleva vettä johtava kerros tunnistettava muilla tutkimusmenetelmillä ja tarvittaessa, jos se muodostaa laskentaan painuman kannalta vettä johtavan reunaehdon, se on lisättävä pikselimalliin erillisenä. Painuman laskenta suoritetaan pikselimalliin perustuvalla TSARPIX-ohjelmalla (Menetelmäkuvaus TPPT 18 Tien jatkuvan painumaprofiilin laskenta pikselimallilla).

4 MITTAUS Luotausten suunnittelu Maanpinnan maastomalli Pohjatutkimusten suunnittelu Luotaustulosten laadunvalvonta RAIPIX -ohjelma Pikselikerrosmalli Laboratoriokokeet Maavastusluotaukset Pohjatutkimusrekisteri TSARPIX -ohjelma Kairaukset Näytteenotto Tien tasaus- ja poikkileikkaustiedot Ominaisvastusvesipitoisuusmuunnos Vesipitoisuuspainumaparametrimuunnos Vesipitoisuudesta riippumattomat parametrit Muut kerrostiedot Virtausreunaehdot Muut toimenpiteet, laskennat jne Kuva 2. Toimintakaavio lähtötietojen muodostamiseksi pikselikerrosmalliin. TPPT-suunnittelujärjestelmässä tien painumalaskelmassa tarvittavat lähtötiedot hankitaan ensisijassa sähköisellä vastusluotauksella (Menetelmäkuvaus TPPT 9 Sähköinen vastusluotaus tien painumalaskennan lähtötietojen hankkimisessa). Lähtötietojen hankinta TPPTsuunnittelujärjestelmässä poikkeaakin huomattavasti tämänhetkisestä tavanomaisesta käytännöstä. Sähköisellä vastusluotauksella voidaan saada tietoa maapohjan ominaisuuksista niin, että ne voidaan kuvata jatkuvana. Sähköistä vastusluotausta käytettäessä on huomioitava, että se tuottaa maapohjasta diffuusin rakennekuvauksen. Toisin sanoen mittaustuloksissa ei suoraan nähdä rajapintoja. Luotauksen tuloksena saadaan tasoitettuja vastusarvoja, jolloin eri maarakennekerrosten paikantamistarkkuus riippuu käytettävästä elektrodivälistä. Maapohjasta saatavan keskimääräistetyn kuvauksen johdosta painuman nopeuteen vaikuttavat läpäisevät kerrokset, ns. läpäisevät reunaehdot, on tarvittaessa määritettävä erikseen muilla menetelmillä. Kokoonpuristuvien maakerrosten välissä olevia ohuita, hyvin vettä johtavia maakerroksia ei sähköisellä vastusluotauksella kyetä välttämättä erottamaan käytännössä kysymykseen tulevia eletrodivälejä käytettäessä. Koska näillä kerroksilla voi olla ratkaiseva merkitys painuman ajallisessa kehityksessä, ne on kuitenkin tunnistettava ja tarvittaessa huomioitava painumalaskelmissa. Kuvassa 3 on esitetty läpäisevien kerrosten havaitsemiseksi Viikissä suo-

5 ritettuja puristinkairauksia. Kuvasta voidaan havaita, että potentiaaliset läpäisevät kerrokset ovat paikoin hyvinkin selvästi havaittavissa. 15 m 11.5 m 15 m 15 m 15 m 5 4 Nro 4 +3.339 Hel.kaup. A +3.4 Nro 3 +3.236 Nro 2 +3.287 Hel.kaup. B +3.74 Nro 1 +3.447 3 2 1 0-1 -2-3 -4 CPTU -kairan pysäytystasot Näytteenotot ja vedenläpäisevyyden mittausalue -5-6 -7-8 -9-10 400 200 0 0 2 4 6 8 10 400 200 0 0 2 4 6 8 10 400 200 0 0 2 4 6 8 10 400 200 0 0 2 4 6 8-11 -12-13 -14-15 16 400 200 0 0 2 4 6 8 10 400 200 0 0 2 4 6 8 10 Kuva 3. Viikissä suoritettujen puristinkairausten tuloksia. Kuvaan on ympyröillä merkitty muutamia potentiaalisen läpäisevän kerroksen muodostavia kohtia. Tässä menetelmäkuvauksessa läpäisevän kerroksen tunnistamiseen esitetään maastossa suoritettava mittaus, joka voidaan suorittaa erillisenä potentiaalisten läpäisevien kerrosten paikantamisen jälkeen. Menetelmä perustuu ko. kerrokseen ulotetussa läpäisevässä putkessa havaittavaan vedenpinnan alentumiseen. 2 LÄPÄISEVÄ REUNAEHTO TPPT:n suunnittelujärjestelmän painumalaskennassa läpäisevillä reunaehdoilla tarkoitetaan sellaisia vettä johtavia kerroksia, jotka toimivat todellisuudessa ja myös painumalaskennassa veden virtauksen reunaehtoina. Reunaehtona toimii esimerkiksi savikerrosten välissä oleva hiekkakerros, mikäli rakenteen painosta kehittyvä huokospaine purkaantuu tähän kerrokseen ja kerros on jatkuva siten, että se pystyy myös kuljettamaan savesta siirtyvän veden pois. Potentiaaliset läpäisevät kerrokset pystytään yleensä havaitsemaan puristinkairauksen tuloksista. Vettäjohtavan kerroksen absoluuttista vedenläpäisevyyttä tärkeämpää on sen vedenläpäisevyyden suhde ympäröivien (ylä- ja alapuolella olevien) kokoonpuristuvien kerrosten vedenläpäisevyyteen, vettäjohtavan kerroksen paksuus ja sen jatkuvuus. Kokoonpuristuvien kerrosten vedenläpäisevyys painulaskennan tarpeisiin voidaan määrittää likimäärin myös sähköisen vastusluotauksen tuloksista (Menetelmäkuvaus TPPT 9 Sähköinen vastusluotaus tien painumalaskennan lähtötietojen hankkimisessa). Painumalaskentaprofiilin eri kerrosten (etupäässä kokoonpuristuvien kerrosten) vedenläpäisevyydet tai konsolidaatiokertoimet tarkennetaan ja tarvittaessa määritetään puristinkairan pysäytyskokeista tai ödometrikokeista. Näitä molempia voidaan käyttää myös läpäisevän kerroksen vedenjohtavuuden määrittämiseen. Kuvassa 4 on havainnollistettu vettä johtavan kerroksen vaikutusta maapohjassa tien alla vaikuttavaan huokospaineen jakautumiseen. Osittainkin jatkuva läpäisevä kerros nopeuttaa huokospaineen alentumista ja tätä kautta nopeuttaa myös painuman kasvua. Jatkuvan läpäisevän kerroksen vaikutus konsolidaatiopainuman nopeutumiseen on selvää suotomatkan pienentymisestä johtuen.

6 Kuva 4. Huokospaineen jakautuminen homogeenisessa maapohjassa, rajoitetun mittaisen läpäisevän kerroksen sisältävässä maapohjassa ja jatkuvan läpäisevän kerroksen sisältävässä maapohjassa. Potentiaaliset läpäiseväksi reunaehdoksi muodostuvat kerrokset tunnistetaan alustavasti puristinkairauksilla ja / tai jatkuvaan näytteenottoon perustuen. Kerroksen vedenläpäisevyys määritetään maastossa tässä menetelmäkuvauksessa esitettävin vedenläpäisevyysmittauksin. Vedenläpäisevyysmittausten tulkintaan tarvitaan puristinkairauksesta tai jatkuvasta näytteenotosta saatava ko. kerroksen kerrospaksuus. Käytännössä puristinkairan vastuksen kasvun perusteella määritettävä kerrospaksuus on yleensä aina suurempi kuin kerroksen todellinen paksuus. Vettäläpäisevän kerroksen jatkuvuus arvioidaan puristinkairaustietojen tai toisten vedenläpäisevyysmittausten pohjalta. Kaikki hienorakeisempien maakerrosten välissä olevat karkearakeisemmat kerrokset eivät välttämättä muodosta läpäisevää reunaehtoa. Suoritettujen laskelmien mukaan silloin, kun vettäläpäisevän kerroksen paksuus on 10 cm ja ja vedenläpäisevyys 2 dekadia (100 x) ympäröivää savikerrosta suurempi, tätä kerrosta ei vielä tarvitse huomioida painumalaskennassa. Vedenläpäisevyyden ollessa 3 dekadia (1000 x) suurempi 10 cm paksuinen kerros tulee huomioida. Vedenläpäisevyyden ollessa 4 dekadia (10 000 x) tai sitä suurempi, kerros otetaan huomioon jo sen paksuuden ollessa 1 cm tai suurempi. Kuvassa 5 on havainnollistettu läpäisevän kerroksen painuman suuruutta kuvan 4 mukaisessa jatkuvan läpäisevän kerroksen omaavassa maapohjassa. Esimerkissä läpäisevän kerroksen paksuus on 10 cm. Esimerkissä käytetty kuormitus on 20 kpa, savikerroksen paksuus 10 m ja kuivattavan kerroksen yläpinta 4 m syvyydellä. Kokoonpuristuvan kerroksen (saven) M=500 kpa ja ν=0.15 ja läpäisevän kerroksen (hiekan) vastaavasti M=10000 kpa ja ν=0.30. Kuormitusalueen leveys on 5 m, koko laskentamallin leveyden ollessa 55 m. Laskennat on suoritettu elementtimenetelmään perustuvalla Plaxis-ohjelmalla. Laskennan lopetusehtona on ollut kuormituksesta aiheutuneen huokospaineen purkautuminen alle 1 kpa suuruiseksi, minkä takia esitetyt käyrät ei pääty täsmälleen samaan ajankohtaan. Loppupainuma on kuitenkin todellisuudessa saman suuruinen kaikissa tapauksissa. Kuvassa on esitetty myös muutamien painuman kannalta tärkeiden ajankohtien vuosimäärät. Näistä voidaan havaita läpäisevän kerroksen vedenläpäisevyydestä aiheutuvien painumaerojen olevan suurimmillaan 20...30 vuoden kohdalla.

7 Aika, vrk Painuma, m 100 1000 10000 100000 1000000 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 Aika 5 v 10 v 20 v 30 v 50 v k = 1exp-11 m/vrk k = 1exp-10 m/vrk k = 1exp-8 m/vrk k = 1exp-4 m/vrk k = 1exp-3 m/vrk k = 1exp-2 m/vrk k = 1exp-1 m/vrk k = 1 m/vrk k = 10 m/vrk k = 100 m/vrk 5 vuotta 10 vuotta 20 vuotta 30 vuotta 50 vuotta Kuva 5. Vettä johtavan kerroksen vedenläpäisevyyden vaikutus painuman suuruuteen. 3 LÄPÄISEVIEN KERROSTEN MÄÄRITTÄMINEN 3.1 Mitattavien kohteiden valinta Potentiaaliset läpäisevän reunaehdon muodostavat maakerrokset määritetään ensin puristinkairauksista (TPPT Menetelmäkuvaus 11 CPTU-kairaus). Kerrokset voidaan tunnistaa kärki- ja vaippavastuksien muutosten perusteella. Koska kerrokset saattavat kuitenkin olla hyvin ohuita, huokospainetasossa tapahtuvat muutokset (huokospainetason putoaminen) ilmaisevat parhaiten potentiaalista läpäisevää reunaehtoa. Koska läpäisevyyden laskemiseksi on tunnettava kerroksen paksuus yleensä puristinkairauksesta (tai näytteen halkaisusta saatavaan tietoon) pohjautuen, on tämä huomioitava puristinkairauksen tallennusnopeutta valittaessa. Nopeuden tulee olla sellainen, että tallentaminen tapahtuu mieluiten 5 mm syvyysvälein. Viitteitä potentiaalisen läpäisevän kerroksen olemassa olosta voidaan saada suuremmilakin nopeuksilla ja mahdollisesti myös esim. painokairauksista, mikäli vastukseltaan suurempi kerros esiintyy useammassa tutkimuspisteessä saman tyyppisenä. Kuvassa 6 on esitetty tarkemmin tämän menetelmän kehitystyön yhteydessä Viikissä suoritettujen puristinkairausten kairauspisteen 2 diagrammi (kaikki kairauspisteet on esitetty kuvassa 3). Kuvaan on myös merkitty syvyydet 1...5, joissa vedenläpäisevyyskokeet on suoritettu. Syvyydet 1 ja 4 sekä referenssikokeen suoritussyvyys on valittu halkaistun näytteen silmämääräisen tarkastelun perusteella. Liitteessä 2 on esitetty myös valokuvat halkaistusta näytteestä kahdelta syvyydeltä yhdessä puristinkairauksesta saatujen tietojen kanssa. Läpäisevä reunaehdon muodostavan kerroksen olemassaolon selvittämiseksi on kerroksen paksuuden ohella tärkeätä tuntea myös sitä ympäröivien kerrosten vedenläpäisevyys. Tästä syystä puristinkairauksen yhteydessä on syytä suorittaa jo mahdollisimman aikaisessa pohjatutkimusten vaiheessa pysäytyskokeita kokoonpuristuvien kerrosten vedenläpäisevyyden arvioimiseksi. Pysäytyskokeet ovat tärkeitä etenkin sellaisilla alueilla, joissa potentiaalisia läpäisevän reunaehdon muodostavia kerroksia on paikallistettu. Pysäytyskokeet suoritetaan siis ainakin kokoonpuristuvissa kerroksissa. Nämä kokeet palvelevat myös jatkossa itse painuman laskentaa. Pysäytyskoetta voidaan käyttää myös potentiaalisen läpäisevän reu-

8 naehdon vedenläpäisevyyden määrittämisessä etenkin sellaisissa tapauksissa, joissa kerroksia on harvassa. Puristinkairauksen pysäytyskokeissa saatua kokoonpuristuvan kerroksen vedenläpäisevyyttä käytetään vertailutietona, kun arvioidaan läpäisevän reunaehdon muodostavan kerroksen esiintymistä. Syvyys 1 Referenssi Syvyys 2 Syvyys 3 Syvyys 4 Syvyys 5 400 300 200 100 0 uw, kn/m2 ua 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 qc, MN/m2 Kuva 6. Viikin puristinkairauspisteen 2 tulokset ja vedenläpäisevyysmittauksiin valitut syvyydet. Tankojen jatkaminen on merkitty kuvaan huokospaine puolelle +-merkillä. Puristinkairauksen pysäytyskokeessa tehtävä huokospaineen purkautumisen mittaus on e- räs CPTU -kairauksen mukanaan tuoma apu tutkittaessa maakerroksen vedenläpäisevyysominaisuuksia. Pysäytys kairauksen aikana voidaan nykyjään tehdä kaikilla erityyppisillä laitteistoilla, vaikkakaan ns. akustisella kärjellä varustettuja laitteita ei suositella käytettäväksi vedenläpäisevyyden määrittämiseen (TPPT Menetelmäkuvaus 11 CPTU-kairaus). Huokospaineen purkautumiskoe on aina tehtävä erittäin huolellisesti. Varsinkin huokospaineanturin/-kärjen suodattimien ja nesteiden ilmanpoisto on tehtävä tarkasti. Pysäytyskoe tehdään standardikärjellä, jossa huokoskivi ja huokospaineanturien tiehyet on täytetty ilmattomalla vedellä. Pysäytyksen keston tulee olla riittävän pitkä. Riittäväksi voidaan katsoa pysäytys, jossa 50 % kairauksen synnyttämästä huokosylipaineesta purkautuu kokeen aikana. Purkautumiskokeen tekeminen saattaa olla varsin aikaa vievää, koska luotettavan purkautumiskäyrän saaminen kestää joskus useitakin tunteja. Tulkinnassa tarvitaan lisäksi luotettava tieto pysäytystason staattisen vedenpaineen arvosta. Mittaus tehdään siten, että CPTU -kärki pysäytetään tutkittavassa maakerroksessa. Yleensä pysäytystasot määritetään pysäytyskairauksen lähelle tehtyjen muiden puristinkairausten perusteella. Kairausten määrää voidaan vähentää siirryttäessä käyttämään pohjatutkimuksissa sähköistä vastusluotausta. Kairauksia tulee kuitenkin suorittaa ainakin siinä määrin, että voidaan varmistua siitä ettei pehmeiköllä ole potentiaalista vettäläpäisevän reunaehdon muodostavaa kerrosta. Tässä menetelmäkuvauksessa esitettyä menettelyä voidaan käyttää myös savikon alapuolisen vettä johtavan kerroksen muodostavan läpäisevän reunan olemassa olon selvittämiseen.

9 3.2 Läpäisevän reunaehdon jatkuvuuden varmistaminen Painumalaskennassa läpäisevän reunaehdon muodostavan kerroksen jatkuvuuden arvioinnissa käytetään hyväksi jo tehtyjä puristinkairauksia. Tarvittaessa on otettava huomioon tielinjauksen maastokäytävän pohjasuhteiden vaihtelevuus myös linjan poikkisuunnassa. Periaatteena on, että läpäisevän kerroksen olemassaolo ja ulottumat varmistetaan sekä tien pituus- että poikkisuunnassa. Jos esimerkiksi läpäisevän reunaehdon muodostava kerros on havaittavissa suunnitellulla läpäisevyysmittauslinjalla puristinkairauksessa myös seuraavissa puristinkairauspisteissä, selvitetään kerroksen jatkuvuus suorittamalla vedenläpäisevyyden mittaus ensin 40 m:n välein tielinjan suunnassa. Mikäli seuraavassa 40 m:n päässä olevassa pisteessä läpäisevää kerrosta ei enää esiinny, mittauspisteiden väli puolitetaan ja palataan 20 m takaisinpäin tielinjalla. Viimeisen pisteen rinnalla, jossa kerros on havaittu, suoritetaan uusi mittaus nousevan topografian suuntaan tien leveyden etäisyydellä aikaisemmasta pisteestä, jotta kerroksen jatkuvuus myös tielinjan poikkisuunnassa saadaan varmistettua. Mikäli kerros tässä pisteessä on havaittavissa, pidetään kerrosta painumalaskelmissa jatkuvana. Mittauspisteiden sijoitus jatkuvuuden määrittämiseksi on havainnollistettu kuvassa 7. Vettäläpäisevän kerroksen jatkuvuus huomioidaan äärettömänä, jos läpäisevä kerros ulottuu vähintään tien leveyden verran keskilinjasta tien sivulle. 1 2 3 4 5 6 7 Kuva 7. Läpäisevän kerroksen jatkuvuuden varmistaminen. Läpäisevyysmäärityspisteiden (sisäkkäiset renkaat) sijoittuminen. Mittaus on aloitettu vasemmalta puristinkairauspisteestä 2, josta on edetty 40 m välein pisteeseen 6, jossa kerros ei enää ole muodostanut läpäisevää reunaehtoa. Kerroksen ulottuman tarkentamiseksi on palattu suorittamaan mittaus pisteessä 5 ja suoritettu mittaus myös tielinjan poikkisuunnassa kerroksen jatkuvuuden varmistamiseksi. 4 MITTAUS 4.1 Laitteisto Ohuen vettäjohtavan kerroksen vedenläpäisevyyden in-situ määrittämiseen suunniteltiin ja rakennettiin VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikassa laite, jonka periaatekuva ja mitat on esitetty kuvassa 8a. Laitteiston muodostaa - teräksinen suojaputki ja - sen sisällä oleva teräksinen siiviläputki (siiviläosan pituus 20 cm) sekä - siiviläputken yläpäähän mittauksen ajaksi kiinnitettävä läpinäkyvästä muovista valmistettu ja mitta-asteikolla varustettu mittaputki.

10 Oletuksena siiviläosan rei itystä määritettäessä on ollut, että mitattavan läpäisevän kerroksen paksuus on alle 20 cm. Mittalaitetta voidaan luonnollisesti käyttää myös paksumman, homogeenisen kerroksen vedenläpäisevyyden määrittämiseen. Kuvassa 8b on esitetty periaate siiviläputken sijoittamisesta mitattavaan kerrokseen. Siiviläosan rei itys on suunniteltu lievästi kierteisenä nousevaksi, jolloin ohueenkin kerrokseen osuu aina varmuudella useampia reikiä. Laitteisto on varustettu tukirenkaalla, joka pitää siiviläputken paikoillaan kärkikartiossa putkea alaspäin työnnettäessä ja mahdollistaa näin laitteen painamisen siiviläosa suojaputken sisällä ns. aukaisusyvyyteen. Mittauksen jälkeen siivilä osa voidaan vetää takaisin suojaputkeen ja huuhdella siiviläosa painamalla vettä siiviläputken reikien kautta suojaputken sisään. Näin voidaan varmistaa reikien auki pysyminen, kun mittauksia suoritetaan useammalla syvyydellä samassa mittauspisteessä. Siiviläputken ja suojaputken väli on tiivistetty O- renkaalla, minkä tarkoituksena on estää huuhteluveden kulkeutuminen maahan. Koekäytössä ollut laitteisto on teetetty Teräskaira Oy:ssä. Laitteiston piirrustukset ovat saatavissa VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikasta. Läpinäkyvä, mitta-asteikolla varustettu mittausputki ulko 30 mm sisä 20 mm korkeus n. 1 m Jatkettava suojaputki Jatkettava ulkokierteillä varustettu siiviläputki ulko 27 mm sisä 21 mm o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o Vettäjohtava kerros pyritään läpäisemään siiviläosalla Siiviläosa koko ulostyönnettävän osan pituus 350 mm, rei'itys 200 mm matkalla, reiän 3.5 mm o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o a. b. Kuva 8. Ohuen vettäjohtavan kerroksen vedenläpäisevyyden määrityslaitteisto. a. Laitteiston mitat. b. Siiviläosan sijoittaminen mitattavaan kerrokseen.

11 4.2 Mittaus Vedenläpäisevyyden mittauksessa suojaputki, jonka sisällä siiviläputki on laitetta maahan painettaessa, painetaan ns. aukaisusyvyyteen. Suojaputken tarkoituksena on estää siivilän reikien tukkeutuminen maakerroksia läpäistäessä. Aukaisusyvyydessä suojaputki lukitaan maanpinnan suhteen liikkumattomaksi esimerkiksi kuulapuristimella, jonka jälkeen siiviläputki työnnetään lopulliseen mittaussyvyyteen. Aukaisusyvyys määritetään siten, että siiviläosa läpäisee koko mitattavan kerroksen. Siiviläosa on usein työnnettävissä käsivoimin karkearakeisemman vettäjohtavan kerroksen läpi, jolloin kerroksen sijainti ja paksuus voidaan maastossa vielä tarkistaa ja varmistaa. Kun suojaputki on painettu aukaisusyvyyteensä, täytetään siiviläputki vedellä. Veden tarkoituksena on estää maapartikkeleita tukkimasta siiviläosaa lopulliseen syvyyteen painettaessa, koska veden virtaus on siiviläosasta ulospäin. Kun siiviläosa on halutussa syvyydessä paikoillaan, asennetaan mittaputki siiviläputken päähän. Mittaputki täytetään vedellä ja aloitetaan mittaus. Mittausvaiheen aikana luetaan vedenpinnan korkeus mitta-asteikolta tietyin aikavälein. Toisin sanoen mittaus suoritetaan vedenläpäisevyyskokeen tavoin ns. muuttuvapainekokeena. Lukemat voidaan kirjata heti kokeen alusta lähtien, mutta tulosten tulkinnassa alkupään havaintoja tulee harkinnan mukaan jättää pois. Näin tehdään, jos esimerkiksi selvää ilman poistumista mittausputkessa on havaittavissa. Tietyllä syvyydellä suoritetun mittauksen jälkeen siiviläputki vedetään suojaputken sisään. Tämän jälkeen suojaputki painetaan seuraavaan aukaisusyvyyteen. Siiviläputken ollessa suojaputken sisällä voidaan siiviläosa tarvittaessa huuhtoa esimerkiksi paineilmaa tai paineellista vettä käyttäen suojaputken ja siiviläputken välissä olevaan suojaputken yläpäähän avautuvaan rakoon. Mikäli käytettävissä olevien mittausputkien määrä sen sallii, on suositeltavaa määrittää luonnollinen pohjavedenpinnan taso mittaussyvyydessä joko ennen varsinaista läpäisevyysmittausta (mittausputkeen laitetaan tällöin vettä vain alustavasti arvoitua pohjavedenpinnan tasoa vastaavasti) tai mittauksen jälkeen jättämällä putki riittävän pitkäksi aikaa paikoilleen. Varsinaiseen mittaukseen tulee koekohteissa saatujen kokemusten perusteella varata aikaa yhdellä syvyydellä 3...4 h. 4.3 Mittaustulosten tulkinta 4.3.1 Putkialenemamittauskaavan käyttö Tietyin aikavälein mittaputkesta luetuista vedenpinnan korkeusarvoista voidaan laskea siiviläosaa ympäröivän maakerroksen vedenläpäisevyys. Vedenläpäisevyys saadaan putkialenemamittauksen tulkintakaavalla /1/, kaava (1): k = A h ln F ( t t ) h 2 1 1 2 (1) missä k = kerroksen vedenläpäisevyys m/s A = mittaputken poikkileikkauksen pinta-ala, m 2 h 1 = mittaputken vedenpinnan korkeus vallitsevasta pohjavedenpinnasta ajanhetkellä t 1, m h 2 = mittaputken vedenpinnan korkeus vallitsevasta pohjavedenpinnasta ajanhetkellä t 2, m F = siiviläosan muotokerroin

12 Siiviläosan muotokerroin käytettävän laitteen suodatinosalle homogeenisessa maassa ja akviferissä saadaan kaavasta (2) /1/. 2 π L F = ln( L / R) (2) missä L R = siiviläosan pituus, m = siiviläputken säde, m Kaava (2) on voimassa, kun L/R > 8 ja 0.2 < L/T < 0.85 (T on akviferin paksuus). Kun L/T=1.0, eli suodatinosan pituus on yhtäsuuri kuin akviferin paksuus, muotokerroin saadaan kaavasta (3) 2 π L F = ln( R 0 / R) (3) missä R 0 = vakiopaineen tehokas vaikutussäde Suhteelle R 0 /R on viitteessä /1/ esitetty käytettäväksi arvoa ~ 200. Jos akviferin paksuus on pienempi kuin siiviläosan pituus, on siiviläosan toimivaksi pituudeksi L otettava tällöin akviferin paksuus (L=T). Vedenläpäisevyydelle saadaan tällöin kaava (4). k = 2 R ln( R0 / R) h ln 2 T ( t t ) h 2 1 1 2 (4) 4.3.2 Velocity graph-menetelmä Mittaustulosten tulkinnassa voidaan käyttää mm. viitteissä /2/ ja /3/ esitettyä putkessa tapahtuvan veden alentumisnopeuteen perustuvaa velocity graph -menetelmää. Tämän menetelmän etuna on se, ettei alkuperäisen vedenpinnan tason määrityksessä tehty virhe vaikuta tulkitun vedenläpäisevyyden suuruuteen. Putkialenemamittauskaavalla ja velocity graph-menetelmällä saadaan sama tulos, jos kaavaa (1) tai (4) sovellettaessa vallitseva vedenpinta on määritetty oikein. Velocity graph -menetelmässä vedenpinnan korkeus putkessa piirretään veden nopeuden funktiona (kuva 9; huomaa vedenläpäisevyyden yksikkö cm/min) ja vedenläpäisevyys lasketaan kaavalla (5) k = C / 60 p (5) missä C = A/F A = mittaputken poikkileikkauksen pinta-ala, m 2 F = siiviläosan muotokerroin p = suoran kulmakerroin

13 Kuvaajasta (kuva 9) voidaan nähdä myös alustavan vedenpinnan korkeuden arvioinnissa mahdollisesti tehty virhe. Mikäli vedenpinta on arvioitu oikein ja siiviläkärjen asennus on täysin onnistunut, kulkee suora origon kautta (ks. liite 1). Kuva 9. Esimerkki vedenläpäisevyyden määrityksestä velocity graph -menetelmällä /2/. 4.4 Virhelähteet Tässä menetelmäkuvauksessa esitetyllä menetelmällä tehdyn vedenläpäisevyyden määrityksen virhelähteitä ovat mm: - liian lyhyt mittausaika, - putkiliitosten vuotaminen, - ilmakuplat ja niiden niiden poistuminen siiviläputken vedestä, - siiviläosan reikien tukkeutuminen, - virheet läpäisevän kerroksen paksuuden arvioinnissa ja - virheet vallitsevan vedenpinnan korkeustason määrityksessä. Mittaukseen (virtauskentän tasaantumiseen) tarvittava aika riippuu mm. mitattavan materiaalin läpäisevyydestä ja suodatinosan dimensioista ja vesitilavuudesta. Tämän menetelmäkuvauksen mukaisilla suodatinosan dimensioilla mittausajan esimerkiksi siltissä tulisi olla vähintään useita tunteja, tarvittaessa enimmillään jopa vuorokausia. Koska tässä tapauksessa tavoitteena on kuitenkin löytää erittäin hyvin vettä läpäiseviä kerroksia, on lyhyestä tasoittumisajasta johtuva virhe sitä pienempi, mitä paremmin läpäisevä ko. kerros on. Mittausmenettelyllä ei ole tarkoitus määrittää kokoonpuristuvien kerrosten absoluuttista vedenläpäisevyyttä esim. konsolidaatiokertoimen arvioimiseksi. Kokoonpuristuvien hienorakeisten kerrosten vedenläpäisevyydet / konsolidaatiokertoimet määritetään ensisijaisesti puristinkairauksen pysäytysvaiheen koetuloksista ja / tai ödometrikokeiden tuloksista tai näistä molemmista. Putkiliitosten vuotaminen on estettävä käyttämällä liitosten tiivistämisessä esimerkiksi teflonteippiä. Putkiliitosten vuotaminen alentaa vedenpintaa mittaputkessa, mikä johtaa mittausten tulkinnassa todellisuutta suurempaan vedenläpäisevyyteen. Siiviläputkeen sen täyttövaiheessa mahdollisesti jäävät ilmakuplat voivat poistua mittauksen aikana. Kuplien poistuminen siiviläputkesta saattaa olla havaittavissa vedenpinnan nopeana alentumisena mittauksen alkuvaiheessa. Mahdollisten kuplien poistumista alkuvaiheessa tulee seurata ja tarvittaessa on syytä hylätä alkuvaiheen mittaushavaintoja.

14 Siiviläosan reikiin voi edellä esitetyistä varotoimenpiteistä (työntö suojaputken sisällä aukaisusyvyyteen; putken vedellä täyttö ennen aukaisua) huolimatta joutua maa-ainesta. Reikien tukkeutuminen vähentää veden tunkeutumista mitattavaan kerrokseen, jolloin kerroksen vedenläpäisevyydelle saadaan todellista pienempi arvo. Läpäisevän kerroksen paksuuden määrityksessä mahdollisesti tapahtuvat virheet heijastuvat suoraan virheenä edellä molemmilla esitetyillä tulkintatavoilla määritettyyn vedenläpäisevyyteen. Myös vallitsevan vedenpinnan pinnan tason määrityksessä tapahtuneet virheet heijastuvat suoraan putkialenemakaavoilla laskettuun vedenläpäisevyyden arvoon. 5 KIRJALLISUUS /1/ Cedergren, H. R., Seepage, Drainage and Flow Nets. Jon Wiley & Sons, Inc. New York 1967. /2/ Chapuis, R. P., Borehole variable-head permeability tests in compacted clay liners and covers. Can. Geotech. J. 36, 1999, pp. 39-51. /3/ Chapuis, R. P., Overdamped slug test in monitoring wells: review of interpretation methods with mathematical, physical, and numerical analysis of storativity influence. Can. Geotech. J. 35, 1998, pp. 697-719. /4/ CPTU-kairaus. Mnetelmäkuvaus TPPT 11. VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka. 2001.

LIITE 1 Liite 1 Putkialenemamittauksen tulosten tulkintaesimerkki Tämän esimerkin lähtötiedot ovat viitteestä /3/. Tässä esimerkissä on kyseessä homogeenisessa maapohjassa oleva siiviläosa, joka on kooltaan huomattavasti suurempi kuin menetelmäkuvauksessa käytetyssä laitteistossa. Siiviläosan asennus on onnistunut täydellisesti. Molemmissa tulkintamenetelmissä siiviläosalla on sama muotokerroin. Siiviläosan tiedot F 2.394 m 239.4 cm Velocity graph -menetelmä kulmakerroin k m/s L 1.220 m 42.542 1.98E-07 R 0.050 m L/R 24.597 tulisi olla > 8 Eri menetelmien suhde Mittausputken tiedot Velocity graph / kaava 4 0.99 r 0.01964 m A 0.001212 m2 12.12 cm2 Mittaushavainnot h1 (m) h2 (m) t1 (s) t2 (s) Mean h dt cm dh dh/dt (cm/min) Mean h dt cm k m/s (kaava 4) 1.960 1.866 0 122 191.300 9.400 4.62 191.300 2.04E-07 1.866 1.717 122 341 179.150 14.900 4.08 179.150 1.92E-07 1.717 1.556 341 592 163.650 16.100 3.85 163.650 1.99E-07 1.556 1.415 592 832 148.550 14.100 3.53 148.550 2.00E-07 1.415 1.288 832 1072 135.150 12.700 3.18 135.150 1.98E-07 1.288 1.019 1072 1652 115.350 26.900 2.78 115.350 2.04E-07 1.019 0.729 1652 2492 87.400 29.000 2.07 87.400 2.02E-07 k, m /s, ka 2.00E-07 Water velocity in the tube, dh/dt (cm/min) 250 mean h (cm) for dt 200 150 100 50 y = 42.542x - 0.7227 R 2 = 0.9916 Mean h dt cm Linear (Mean h dt cm) 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 dh/dt, cm/min Vedenläpäisevyys mittausjaksoittain (kaava 4) 1.00E-06 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 1.00E-07 k, m/s 1.00E-08 k m/s 1.00E-09 Aika, s

LIITE 2.1(3) Liite 2 Menetelmän testaus Viikissä 1. Mittauskohde Tässä menetelmäkuvauksessa esitetyn mittalaitteen ja tulkintamenetelmien testausta suoritettiin Viikissä syksyllä 1999. Mittaussyvyydet (mahdolliset läpäisevät reunaehdot) valittiin Helsingin kaupungin suorittamien pohjatutkimusten ja kesällä 1999 kohteesta otettujen maanäytteiden perusteella. Lisäksi käytössä oli viisi kohteessa tehtyä puristinkairausta. Ensimmäisellä mittauskerralla 1.10.1999 mitattiin läpäisevyys viideltä eri syvyydeltä. Toisella mittauskerralla 19.-20.10.1999 uusittiin mittaus rinnakkaispisteessä yhdeltä syvyydeltä (syvyys 4, uusintamittaus) ja suoritettiin lisäksi referenssimittaus sellaiselta syvyydeltä, jossa potentiaalista läpäisevää reunaehtoa ei ollut (homogeeninen savikerros). Ensimmäisellä mittauskerralla mittaukset suoritettiin nopeasti kokonaismittausajan ollessa vain 30 minuuttia. Toisella mittauskerralla kokeiltiin myös pidempiä mittausaikoja. Mittaussyvyydet ja näihin liittyvät erityishavainnot (kerroksen laatu, paksuus) on esitetty taulukossa 1. Jäljempänä on esitetty mittaussyvyyksiin 2 ja 4 liittyvät valokuvat halkaistusta näytteestä ja yhdessä näihin liittyvien puristinkairaustulosten kanssa. Taulukko 1. Viikissä 1.10.1999 ja 19.-20.10.1999 suoritettujen läpäisevyysmittausten mittaussyvyydet ja kerrosten ominaisuudet. Piste Mittausvälin alkusyvyys maanpinnasta Mittausvälin loppusyvyys maanpinnasta Kerrospaksuus, cm Havainnot mitattavasta kerroksesta Syvyys 1 3.10 3.30 20 homogeenista, kerrosraja Syvyys 2 4.65 4.75 1 1 cm silttikerros Syvyys 3 5.35 5.45 10 kerroksia Syvyys 4 6.20 6.30 10 paljon hiekkaa *) Syvyys 5 6.85 6.95 10 vinoja silttikerroksia Syvyys 4 uusinta 6.20 6.30 10 19-20.10.1999 Syvyys referenssi 3.25 3.45 > 20 19-20.10.1999 homogeeninen kerros, referenssimittauspiste *) Syvyydellä 4 halkaistussa maanäytteessä selvästi havaittavissa olevasta hiekasta määritettiin materiaalin rakeisuus. Myös rakeisuusmäärityksen perusteella materiaali oli hiekkaa. On ilmeistä ettei kyseinen hiekkakerros ole jatkuva, vaan on paikallinen saven sisäänsä sulkema hiekkapussi. Tästä johtuen on selitettävissä se, ettei kerros ollut havaittavissa n. 2 m:n päässä näytteenottopisteestä suoritetun puristinkairauksen huokospainemittauksessa eikä kärkivastuksessa. Tästä johtuen hiekkapussi ei vaikuta savikerrosten kokoonpuristumiseen. 2. Mittausten tulokset Eri mittaussyvyyksillä saadut tulokset on esitetty taulukossa 2. Mittaustulokset on tulkittu molemmilla menetelmäkuvauksen luvussa 3 esitetyillä tavoilla. Kaavaa (4) käytettäessä pohjaveden pinta on otaksuttu 40 cm syvyyteen maanpinnasta. Kohteesta otetuista näytteistä savikerrosten vedenläpäisevyydeksi saatiin (TKK) eri menetelmillä ja tulkintatavoilla (ödometrikoe, vedenläpäisevyyskoe) keskimäärin ~10-9 m/s. Taulukossa 2 on esitetty in situ- läpäisevyysmäärityksistä saatujen vedenläpäisevyyksien ja saven vedenläpäisevyyden suhteet. Putkialenemakaavalla ja velocity graphmenetelmällä saadut tulokset poikkeavat toisistaan huomattavasti. Määritelmän mukaan läpäisevän reunaehdon muodostaa sellainen vettä johtava kerros, jonka läpäisevyys suhteessa sen päällä ja alla olevan kokoonpuristuvan kerrok-

LIITE 2.2(3) sen läpäisevyyteen on yli 1000-kertainen, jos läpäisevän kerroksen paksuus on 10 cm ja yli 10 000-kertainen, jos läpäisevän kerroksen paksuus on 1 cm. Taulukko 2. Viikin vedenläpäisevyysmittausten tulokset. Mittausaika 0...30 min 30 60 min 60 90 min 90 210 min Vedenläpäisevyys k m/s Kaava 4 Vel. graph Kaava 4 Vel. graph Kaava 4 Vel. graph Kaava 4 Vel. graph Syvyys 1 3.0*10-8 1.0*10-6 - suhde kokoonpuristuvan kerroksen 30 1 040 vedenläpäisevyyteen k=10-9 Syvyys 2 4.3*10-7 1.3*10-5 - suhde kokoonpuristuvan kerroksen 427 13 400 vedenläpäisevyyteen k=10-9 Syvyys 3 4.6*10-8 1.6*10-6 - suhde kokoonpuristuvan kerroksen 46 1 630 vedenläpäisevyyteen k=10-9 Syvyys 4 1.3*10-7 1.2*10-6 - suhde kokoonpuristuvan kerroksen vedenläpäisevyyteen k=10-9 130 1 170 Syvyys 4 uusintamittaus 4.3*10-7 2.5*10-6 7.8*10-8 2.7*10-6 2.1*10-8 5.0*10-7 1.8*10-8 5.4*10-7 - suhde kokoonpuristuvan kerroksen 427 2 510 78 2 720 21 502 18 538 vedenläpäisevyyteen k=10-9 Syvyys 5 1.7*10-7 1.6*10-6 - suhde kokoonpuristuvan kerroksen vedenläpäisevyyteen k=10-9 169 1 620 Mittausaika 0...30 min 30 60 min 60 90 min huom!. 18.5 h Vedenläpäisevyys k m/s Kaava 4 Vel. graph Kaava 4 Vel. graph Kaava 4 Vel. graph Kaava 4 Vel. graph Referenssisyvyys (homogeeninen savikerros) 1.2*10-8 1.8*10-7 7.0*10-9 1.8*10-7 4.3*10-9 6.4*10-8 - suhde kokoonpuristuvan kerroksen vedenläpäisevyyteen k=10-9 12 180 7 180 4 64 3. Tulosten arviointi Putkialenemamittauksen kaavalla (4) mikään potentiaalisiksi läpäiseviksi kerroksiksi (läpäiseviksi reunaehdoiksi) otaksutuista kerroksista ei 30 minuutin mittausaikaan perustuen muodosta läpäisevää reunaehtoa, koska vedenläpäisevyydet ovat vain n. 430- kertaisia kokoonpuristuvan kerroksen laboratoriossa määritettyyn vedenläpäisevyyteen 10-9 m/s nähden. Kun putkialenemamittauskaavalla saatuja tuloksia verrataan maastossa homogeenisessa maakerroksessa referenssisyvyydessä vastaavalla menettelyllä saatuun vedenläpäisevyyteen, ovat otaksutun läpäisevän kerroksen läpäisevyydet enää 7...100 - kertaisia, kun vertailuläpäisevyyden määritys homogeenisessa kerroksessa on tehty pitkäaikaisena (17.5 h) kokeena. Vettäläpäisevien kerrosten läpäisevyydet ovat vain 3...35 -kertaisia, kun myös homogeenisessa kerroksessa on käytetty 30 minuutin mittausaikaa. Referenssisyvyydessä saatiin noin 18 tunnin mittauksessa vedenläpäisevyydelle nelinkertainen arvo laboratoriomäärityksissä saatuun keskimääräiseen vedenläpäisevyyteen nähden.

LIITE 2.3(3) Velocity graph -menetelmällä saatiin läpäiseville kerroksille 6...36 -kertaisia vedenläpäisevyyden arvoja verrattuna kaavalla (4) saatuihin arvoihin. Vastaavasti arvot olivat 1000...13000 -kertaisia laboratoriossa määritettyyn kokoonpuristuvan savikerroksen läpäisevyyteen nähden. Tällä perusteella kaikki mitatut kohdat muodostaisivat läpäisevän reunaehdon. Kaavalla (4) ja velocity graph-menetelmällä saatujen tulosten erot eivät aiheudu siiviläputken muotokertoimista, koska muotokertoimet ovat molemmissa menetelmissä samat. Velocity graph -menetelmän mukaan maakerroksissa olisi huokospainetta (vallitseva vedenpinta 1...2 metriä oletettua ylempänä). Jos tämä tieto olisi oikea ja otettaisiin huomioon putkialenemakaava-menettelyä käytettäessä, vastaisivat putkialenemakaava-menettelyn tulokset velocity graph-menetelmän tuloksia. Huokospainekärjellä varustetun puristinkairauksen tulokset eivät kuitenkaan tue huokosylipaineotaksumaa. Tämä antaa aiheen epäillä, että siiviläosan asennus ei ole onnistunut täydellisesti. Velocity graph menetelmällä (30 minuutin koeaika) saadut läpäisevyydet ovat 16...209 -kertaisia verrattuna homogeenisessa maakerroksessa referenssisyvyydessä samalla menettelyllä saatuun vedenläpäisevyyteen, joka perustuu pitkäaikaiseen kokeeseen (17.5 h). Vastaavasti velocity graph menetelmällä saadut läpäisevyydet ovat 6...74 -kertaisia, kun myös homogeenisessa kerroksessa on käytetty vain 30 minuutin mittausaikaa. Referenssisyvyydessä saatiin 18 tunnin mittauksessa vedenläpäisevyydelle 64 -kertainen arvo laboratoriokokeilla saatuun keskimääräiseen vedenläpäisevyyteen nähden. On ilmeistä on, että valitulla mittausajalla, 30 minuuttia, ei pystytä erottamaan riittävällä tarkkuudella ja riittävän luotettavasti vettäjohtavia kerroksia heikommin vettäjohtavista kokoonpuristuvista maakerroksista. Käytetyllä mittausajalla ei myöskään vielä pystytä varmuudella määrittämään vettäjohtavan kerroksen vedenläpäisevyyden monikertaa esimerkiksi laboratoriossa määritettyyn kokoonpuristuvan maakerroksen vedenläpäisevyyteen verrattuna. Mittausaikaa jonkinverran pidentämällä voidaan osa mittauksiin liittyvistä epävarmuustekijöistä karsia pois. Mittausajan kasvattaminen 30 minuutista 1...2 tuntiin näyttäisi koekohteen havaintojen mukaan riittävän 10 cm:n kerroksessa vedenläpäisevyyden tason 10-7...10-8 m/s määrittämiseen, mikä jo useimpien kokoonpuristuvien kerrosten vedenläpäisevyyden suhteen on riittävä taso. Tarvittava mittausaika voi olla lyhyempi, jos kerros on hyvin vettä johtava ja sen on oltava luonnollisesti pidempi, kun kerros on heikosti läpäisevä. Luotettavan mittaustuloksen saaminen painuvan kerroksen vedenläpäisevyydestä saattaa kestää useita vuorokausia, minkä takia menetelmä ei olekaan ensisijainen kokoonpuristuvien kerrosten vedenläpäisevyyden määritysmenetelmä.

LIITE 3 Liite 3 Viikki, Piste nro 2, syvyysväli 3.35...5.0, maanpinta +3.29 Puristinkairauksen tulokset, näyte heti halkileikkaamisen jälkeen ja 11 vrk iässä. Testaussyvyys 4.65 m (syvyys 2), 1 cm:n silttikerros. 400 300 200 100 0-1000 0.2 0.4 0.6 0.8 1 uw, kpa qc, MPa

LIITE 4 Liite 4 Viikki, piste 2, syvyysväli 5.6...7 m, maanpinta 3.29 Puristinkairauksen tulokset, näyte heti halkileikkaamisen jälkeen ja 11 vrk iässä. Testaussyvyys 6.1...6.2 m (syvyys 4), 10 cm:n hiekkakerros. 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7 400 300 200 100 0-1000 0.2 0.4 0.6 0.8 1 uw, kpa qc, MPa

TPPT Nro Tierakenteen suunnittelu ja mitoitus TPPT Menetelmäkuvaukset Tierakenteen suunnittelu ja mitoitus 17 Kuormituskestävyysmitoitus. Päällysrakenteen väsyminen 18 Tierakenteen routamitoitus 19 Tien jatkuvan painumaprofiilin laskenta pikselimallilla 20 Päällysrakenteen elinkaarikustannusanalyysi 21 Mitoituksen lähtötietojen hankkiminen TPPT Menetelmäkuvaukset Nro 1 Pudotuspainolaitemittaus (PPL-mittaus) 2 Rakennekerrosmoduulien takaisinlaskenta sekä jännitysten ja muodonmuutosten laskenta 3 Liikennerasituksen laskeminen 4 Ilmastorasitus. Pakkasmäärän ja sulamiskauden pituuden määritys 5 Roudan syvyyden määritys 6 Routanousukoe. Routimiskertoimen (SP) kokeellinen määritys 7 Routimiskertoimen määritys 8 Lämmönjohtavuuden määrittäminen Sähköinen vastusluotaus tien painumalaskennan lähtötietojen hankkimisessa 9 10 Radiometrinen reikämittaus 11 CPTU - kairaus 12 Läpäisevän kerroksen määrittäminen painumalaskennan tarpeisiin 13 Tien rakennekerrostutkimukset 14 Routanousun ja painuman mittaus 15 Tien vauriokartoitus ja vaurioiden kuvaus 16 Palvelutasomittaus (PTM) tien rakenteen parantamisen suunnittelussa