Tietoa tiensuunnitteluun nro 88 Julkaisija: Tiehallinto, Asiantuntijapalvelut 12.2.2008 GEO- JA ISO- MAALUOKITUSTEN MAALAJIMÄÄRITYSTEN VERTAILU Johdanto Tässä selvityksessä vertaillaan lähivuosina käyttöön otettavaa standardin SFS-EN ISO 14688-2 Geotekninen tutkimus ja koestus. Maan tunnistaminen ja luokitus. Osa 2: Luokituksen perusteet mukaista rakeisuuden perusteella tapahtuvaa maalajimääritystä (tässä selvityksessä käytetään nimitystä ISOluokitus) ja GEO -maaluokitusta. Eurooppalaisen standardisoimisjärjestön CEN:in ja kansainvälisen standardisoimisjärjestön ISO:n laatimat maa- ja kallioluokitusstandardit SFS-EN ISO 14688-1, SFS-EN ISO 14688-2 ja SFS- EN ISO 14689-1 on julkaistu suomeksi ja niitä myy SFS (www.sfs.fi).
2 Maalajien nimeäminen ISO-luokituksessa Tässä selvityksessä käytetään ISO:sta puhuttaessa englanninkielisiä lyhenteitä (lihavoituina). GEO-luokituksen maalajeista puhuttaessa käytetään suomenkielisiä lyhenteitä. Esimerkiksi Sa on ISO-luokituksessa hiekka, toisin kuin GEO-luokituksessa, jossa Sa on savi. ISO:n nimitykset tullaan kuitenkin kääntämään suomeksi. Esimerkkinä maalajin nimeämisestä on hiekkainen sorainen siltti (sagrsi). Ennen nimikkeen määrittämistä näyte jaetaan lajitteisiin: sora (Gr), hiekka (Sa) ja hienoaines (Si, Cl). ISO-luokituksessa viimeinen nimike kertoo, mitä maalajitetta on eniten (yli 40 % osuus, riippuen muiden lajitteiden osuuksista), eli tässä tapauksessa silttiä (Si). Jos mitään maalajitetta ei ole yli 40 %, on kysymyksessä maa (S), esim. sorainen hiekkainen silttinen maa (grsasis). Ennen päänimikettä luetellaan muut lajitteet, aloittaen siitä, jota on vähiten. Lajitetta ei kuitenkaan mainita, jos sitä on alle 20 %. Hienoaineksella raja on 15 %. Nimike siltti (Si) muuttuu saveksi (Cl), jos savilajitetta on yli 20 %. Tarkemmin ISO-luokituksen mukainen maalaji määritetään kuvan 1 kolmion avulla. Siinä syötetään soralajitteen osuus (kuvassa 8 %) asteikolle 1 ja vedetään nuoli vasemmalle alaviistoon. Hiekkalajitteen osuus (kuvassa 45 %) viedään asteikolle 2 ja vedetään nuoli vaakasuoraan. Hienoaineksen osuus (kuvassa 47 %) syötetään asteikolle 3 ja vedetään nuoli vasemmalle yläviistoon. Määritettävän maalajin osuus löytyy näin alueelta, jolla nuolet leikkaavat. ISO-luokituksessa kolmion yksi piste merkitsee yhtä rakeisuus-käyrää. Kolmion alapuolinen ruudukko määrää maalajin lopullisen nimityksen, jos kolmion alueella, jossa piste sijaitsee, on enemmän kuin yksi vaihtoehto. Ruudukossa määräävä tekijä (asteikko 4) on saven osuus (kuvassa 14 %) koko näytteestä eli läpäisevyys 0,002 mm kohdalla. Kuvan 1 esimerkin maa- lajiksi saadaan tässä tapauksessa sasicl. Asteikkojen 3 ja 4 arvot voidaan ottaa suoraan rakeisuuskäyrästä, asteikon 1 arvo saadaan vähentämällä rakeisuuskäyrän arvo 100 prosentista. Asteikon 2 arvo saadaan vähentämällä 100 prosentista asteikkojen 1 ja 3 arvot. GEO-maalajit eivät ole yhteneväiset ISO-maalajien kanssa ja GEOluokituksen moreenia ei esiinny ISO-luokituksessa. Tämän selvityksen kuvissa 2-4 on esitetty GEO-luokituksen mukaisten maalajirajojen sijoittuminen ISO-luokituksen mukaiseen maalajikolmioon (kuten kuvassa 1). Kuvassa 2 on esitetty soramaalajien, kuvassa 3 hiekkamaalajien ja kuvassa 4 hienorakeisten maalajien (siltti ja sora) alueet. Viimeisessä kappaleessa Kelpoisuusluokitus on esitetty Tiehallinnon maalajien kelpoisuusluokituksen rajojen sijoittuminen ISO-luokitukseen.
Kuva 1 ISO 14688-2:n mukainen rakeisuuden perusteella tehtävä maalajimääritys (kolmio). Kuvaa luetaan nuolten osoittamien suuntien mukaisesti. Kuvan esimerkissä soraa (Gr) on 8 %, hiekkaa (Sa) 45 % ja hienoaineksia (Si, Cl) 47 %. Läpäisyprosentti 0,002 mm:ssä (saven osuus) on 14 % (ruudukko). Esimerkin maalajiksi määräytyy siis hiekkainen silttinen savi (sasicl). 3
4 Soran rakeisuusalueet (kuva 2) GEO-luokituksen SrMr:sta ja Sr:sta tulee soraa (Gr) tai hiekkaista soraa (sagr), jos hienoainesta on alle 15 %. Jos hiekkaa on alle 20 %, on maalaji soraa (Gr). SrMr:sta tulee hiekkaista silttistä soraa (sasigr), hiekkaista savista soraa (saclgr), silttistä soraa (sigr) tai savista soraa (clgr), jos hienoainesta on yli 15 %. Kuva 2 Geoteknisen maaluokituksen mukaiset soran rakeisuusalueet ISOluokituksessa. Pisteiden 1-4 mukaiset rakeisuuskäyrät näkyvät kuvaajassa 1. Hiekkaisen soran (sagr) alue on paljon suurempi ISO:n kuin GEO:n hksr:n mukaan. Samoin soran alueet poikkeavat toisistaan luokituksissa: GEO:ssa Sr saa sisältää hiekkaa alle 50 % ja hienorakeista maata alle 5 %, kun taas ISO:ssa soraa (Gr) on alle 20 % ja hienoainesta alle 15 %. Osa ISOluokituksen mukaisesta sorasta (Gr) voi siten olla lievästi routivaa.
5 100 90 80 70 Läpäisy - % 60 50 40 30 20 10 0 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2 0,6 2 6 20 60 200 Raekoko (mm) 1 - sagr 2 - Gr 3 - sisagr 4 - clgr Kuvaaja 1 SrMr eri ISO-maalajien alueilla. Pisteiden sijainnit näkyvät kuvassa 2. Suurimmat erot näkyvät läpäisyssä 0,06 mm seulalla. Maalaji saa lisämääritteen silttinen (si) tai savinen (cl), jos läpäisy 0,06 seulalla on yli 15 %. Lisämääre savinen (cl) saadaan, jos läpäisy 0,002 mm seulalla on yli 20 %. Lisämääre hiekkainen (sa) saadaan, jos rakeisuuskäyrä nousee 0,06 mm ja 2 mm välillä yli 20 % -yksikköä.
6 Hiekan rakeisuusalueet (kuva 3) HkMr kattaa suurimman osan kolmion pinta-alasta. HkMr:sta ja Hk:sta tulee hiekkaa (Sa) ja soraista hiekkaa (grsa), kun hienoainesta on alle 15 %. Jos soraa on alle 20 %, on maalaji hiekkaa (Sa). HkMr:sta ja Hk:sta tulee silttistä hiekkaa (sisa) tai savista hiekkaa (clsa), kun hienoainesta on 15-40 % ja soraa alle 20 %. ISO-luokituksessa viivoitettu alue on hyvin sekarakeista maata, soraa (Gr), hiekkaa (Sa) ja hienoaineksia (Si, Cl) on suhteellisen yhtäsuuret määrät. Kuva 3 GEO-maaluokituksen mukaiset hiekan rakeisuusalueet ISO:ssa. Pisteiden 1-4 mukaiset rakeisuuskäyrät näkyvät kuvaajassa 2. Sorainen hiekka (grsa) on ISO:ssa karkearakeisempaa (soraa 20-50 %, GEO: 30-50 %; hienorakeista maata alle 15 %, GEO: alle 50 %) kuin GEO:n srhk. Silttinen hiekka (sisa) on ISO:n perusteella karkearakeisempaa (hienorakeista maa-ainesta 15-40 %) kuin sihk (hienorakeista maata 30-50 %).
7 100 90 80 70 Läpäisy - % 60 50 40 30 20 10 0 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2 0,6 2 6 20 60 Raekoko (mm) 1 - sisa 2 - sasigr 3 - sisa 4 - grcl Kuvaaja 2 HkMr eri ISO-maalajien alueilla. Pisteiden sijainnit näkyvät kuvassa 3. HkMr:n alue on laaja, joten erot rakeisuuskäyrien välillä ovat suuret. Maalaji saa lisämääreen silttinen (si) tai savinen (cl), kun läpäisy 0,06 mm seulalla on yli 15 %. Lisämääre savinen (cl) saadaan, jos läpäisy 0,002 mm seulalla on yli 20 %; silttinen (si), jos vastaava läpäisy on alle 20 %. Lisämääre sorainen (gr) saadaan, jos läpäisy 2 mm seulalla on 80 % alapuolella. Maalaji määräytyy saveksi (Cl), kun läpäisy 0,002 mm seulalla on yli 40 %. 100 90 80 70 Läpäisy - % 60 50 40 30 20 10 0 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2 0,6 2 6 20 60 Raekoko (mm) ISO: silttinen hiekka (sisa) GEO: sihk Kuvaaja 3 Silttisen hiekan (sisa) ja sihk:n rakeisuuskäyrien erot, kun maa ei sisällä soralajitetta. ISO:ssa silttinen hiekka (sisa) sisältää hienoainesta 15-40 % ja GEO:ssa sihk sisältää hienoainesta 30-50 %.
8 Siltin ja saven rakeisuusalueet (kuva 4) GEO-luokituksen SiMr:sta sekä Si:stä ja Sa:sta tulee hiekkaista silttiä (sasi), hiekkaista savista silttiä (saclsi), hiekkaista silttistä savea (sasicl), hiekkaista savea (sacl), silttiä (Si), savista silttiä (clsi), silttistä savea (sicl) tai savea (Cl), kun soraa (Gr) on alle 20 %. Jos hiekkaa (Sa) on alle 20 %, on maalaji silttiä (Si), savista silttiä (clsi), silttistä savea (sicl) tai savea (Cl). SiMr:sta tulee soraista silttiä (grsi), soraista savista silttiä (grclsi), soraista silttistä savea (grsicl) tai soraista savea (grcl), kun soraa on yli 20 % ja hiekkaa alle 20 %. Kuva 4 GEO-maaluokituksen mukaiset siltin ja saven rakeisuusalueet ISO:ssa. Siltin (Si) ja saven (Cl) erot näkyvät 0,002 mm -läpäisyssä (alapuolinen ruudukko, kts kuva 1). pisteiden 1-4 mukaiset rakeisuuskäyrät näkyvät kuvaajassa 4. ISO-luokituksessa maalaji määräytyy saveksi (Cl), kun 0,002 mm - läpäisyssä lajitetta on yli 40 %, silttiseksi saveksi (sicl), kun 0,002 mm materiaalia on 20-40 %, saviseksi siltiksi (clsi) 10-20 % osuudella sekä siltiksi (Si) alle 10 % osuudella. GEO:ssa savelle läpäisyksi vaaditaan yli 30 % (li- Sa, lasa) ja siltille vastaavasti alle 30 %. Siltin alue on ISO-luokituksessa laajempi kuin GEO-luokituksessa.
9 100 90 80 70 Läpäisy - % 60 50 40 30 20 10 0 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2 0,6 2 6 20 60 Raekoko (mm) 1 - sasi 2 - grclsi 3 - sicl 4 - sacl Kuvaaja 4 SiMr (viivat 1-3) ja Sa (viiva 4) eri ISO-maalajien alueilla. Pisteiden sijainnit näkyvät kuvassa 3. Maalaji määräytyy saveksi (Cl), kun läpäisy 0,002 mm seulalla on yli 40 %, silttiseksi saveksi (sicl), kun 0,002 mm materiaalia on 20-40 %, saviseksi siltiksi (clsi) 10-20 % osuudella sekä siltiksi (Si) alle 10 % osuudella. Maalaji saa lisämääreen hiekkainen (sa), jos jos rakeisuuskäyrä nousee 0,06 mm ja 2 mm välillä yli 20 % -yksikköä ja lisämääreen sorainen (gr), jos läpäisy 2 mm seulalla on 80 % alapuolella.
10 Kelpoisuusluokitus Kelpoisuusluokituksella kuvataan maamateriaalin soveltuvuutta tierakenteeseen tai penkereeseen. Luokat kertovat maamateriaalin mahdolliset käyttökohteen (esimerkiksi jakava kerros, suodatin, penkereen stabilointi) ja niiden routivuuden (routiva, routimaton, lievästi routiva). Tässä esitetään luokituksen rajojen sijoittuminen ISO-maaluokituksen kolmio-pohjalle. Kelpoisuusluokitus löytyy Tiehallinnon ohjeesta Tierakenteen suunnittelu (TIEH 2100029-v-04) kohdasta 3.3 Alusrakenteen arviointi ja suunnittelu. Kuvasta 5 huomataan, että kelpoisuusluokitusten S ja H rajat eroavat ISOluokituksen maalajirajoista huomattavasti. Hienoaineksen 15 % osuus noudattaa samaa linjaa 2- ja 3-luokkien välillä, mutta muuten rajat eivät kelpoisuusluokituksen ja ISO-luokituksen välillä kohtaa. Luokat S1 ja H1 ovat routimattomia ja S2 ja H2 lievästi routivia, loput luokat ovat routivia. Tästä seuraa, että ISO-luokituksessa ei esiinny täysin routimattomia maalajeja. Kuva 5 Kelpoisuusluokitukset S ja H. Luokkien rajat (katkoviivat) hienorakeisen maaaineksen osuuden perusteella ovat seuraavat: 1 < 7 %, 2 7-15 %, 3 16-30 % ja 4 31-50 %. Raja (yhtenäinen viiva) S- ja H-luokitusten välille tulee soran 30 % -osuudesta (S-luokassa on soraa yli 30 % ja H-luokassa alle 30 %).
12 Tietoa tiensuunnitteluun numerot: 2. Lumitilan tarve meluesteiden, välikaistojen ym. kohdalla 29.1.1991 8. Tieympäristön pehmentämisen turvallisuusvaikutukset 27.9.1993 11. Ekologinen ympäristöluokitus 7.2.1994 15. Töhrimisen minimointi (Teiden suunnittelu V 3. Meluesteet korvaa osittain) 17.2.1995 17. Jyrkkäluiskaiset meluvallit 6.4.1995 20. Tarkistettu versio HCM:stä 14.6.1995 23. Kiertoliittymien mitoitus 21.3.1996 27. Kasvillisuuden ja linnuston seuranta tiehankkeissa 17.3.1997 29. Tienpito arvoympäristöissä 30. Läpinäkyvien meluesteiden käyttö 9.7.1997 31. Liikennejärjestelmäsuunnittelu: kokemuksia, yhteydet maankäytön suunn. 17.10.1997 32. Kevyttä liikennettä koskevat säädösmuutokset 1.6.1997 22.11.1997 33. Ohituskaistojen turvallisuus 30.12.1997 35. KLOTS paikallisen liikenneturvallisuustyön tietotuki 26.10.1998 36. Taajamateiden suunnittelun kehittäminen 10.11.1998 39. Ekologinen ympäristöluokitus: Menetelmän käytön arviointi 25.1.1999 40. Tien häikäisysuojat 4.2.1999 41. Tiehankkeen vuoropuhelun suunnittelu ja arviointi 1.3.1999 43. Loivaluiskaisten teiden kuivatus 17.5.1999 44. Esimerkki ketomaisen kasvuston perustamisesta tienvarsialueelle 25.4.1999 45. Asiakastyytyväisyysselvitys suunnitteluprosessista: Vt 4 Kemi 31.5.1999 46. Ohitusnäkemät tiensuunnittelussa 31.5.1999 47. Perusverkon eritasoliittymien turvallisuus 9.3.2000 51. Raskaat ajoneuvot kiertoliittymissä 5.9.2000 52. Joukkoliikenteen toimintaedellytysten parantaminen 27.12.2000 53. Pääteiden turvallisuus 6.2.2001 54. Taajamien seurantaselvitys 12.3.2001 55. Silmukkakäännös ohituskaistan kohdalla 20.12.2001 56. Taajamakeskustatien poikkileikkaus ja raskas liikenne 20.12.2001 57. Kaksiajorataisten teiden keskikaistojen kulkuaukot 2.1.2002 58. Ohituskaistojen uudet suunnitteluperiaatteet 2.1.2002 59A. Pakkasenkestävyysluokan 1 hyväksytyt päällysteen saumausaineet 7.6.2002 60 Meluesteen runkomateriaalin vaikutus kustannuksiin 10.6.2002 61B. Tiekaiteiden laatuvaatimukset ja kaidetyypin valinta 17.1.2006 62B. Hyväksyttyjä kaidetuotteita vuonna 2006 19.1.2006 63. Kaiteiden ja valaisinpylväiden parantamisen turvallisuusvaikutuksia 14.6.2002 64A. Markkinoilla olevia meluestetuotteita kesällä 2002 14.6.2002 66. Hevoset ja yleiset tiet 9.12.2002 68 Heijastimet ja merkinantolaitteet linja-autopysäkeillä 24.1.2003 69B Törmäysturvalliset opastustaulut vuonna 2002 27.1.2005 70D Uusien päällysteiden laatumittauksiin hyväksytyt mittaajat 2004 4.7.2006 71D Tien päällysrakenteen mitoituksessa käytettävät moduulit ja väsym. 27.1.2005 72 Ohituskaistat leveiden erikoiskuljetusten reiteillä 7.1.2004 73 Ennakkotietoa tierakenteen uudesta mitoitusohjeesta 9.1.2004 74 Tilusjärjestelyt tiensuunnittelussa 5.1.2004 75 Hiljaisen päällysteen vaikutus tieympäristön melutasoon 15.9.2004 76 Tiealueen rajauksen ilmoittaminen tiesuunnitelmassa MMH360-formaatissa 1.3.2004 77 Eritasoliittymien linja-autopysäkkien saattoliikennejärjestelyt 18.10.2004 78 Kevyen liikenteen väylät liikunnassa 12.10.2004 79A Suurten rumpuputkien rakennemitoitusta koskevat laatuvaatimukset 3.11.2004 80 Tiealuepaalu. Metallikärkinen muoviputkimerkki 9.12.2004 81 Vapaa oikea vastaantulijan kääntyessä samalle ajokaistalle 31.12.2004 82 Moottorikelkkailureitin tai -uran ja maantien risteäminen 16.2.2006 83 1+1 -keskikaideteiden suunnitteluperiaatteet 18.12.2006 84A Paikan määrittäminen GPS:n avulla 12.1.2007 85 Keskikaiteiden suuntaus 19.1.2007 86 Pääsuunnan erotettu oikealle kääntymiskaista 19.1.2007 87A Työmaakaiteet 12.1.2007 88 Geo- ja ISO -maaluokitusten vertailu 12.2.2008 Numerot 1, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 12, 13, 14, 16, 18, 19, 21, 22, 24, 25, 26, 28, 34, 38, 42, 48, 49, 50, 65 ja 67 on poistettu vanhentuneina. Lihavoidut numerot on päivitetty julkaisuvuoden jälkeen Tietoa tiensuunnitteluun nro 88 Geo- ja ISO- maaluokitusten maalajimääritysten vertailu Jakelu Kopioimalla, www.tiehallinto.fi/thohje (pdf) Kommentit: Kari Lehtonen, puh. 0204 22 2317, E-mail: kari.lehtonen@tiehallinto.fitai Pentti Salo, puh 0204 22 2145, E-mail: pentti.salo@tiehallinto.fi