Paalujen pitkäaikaiskestävyys case Helsingin satama Teräspaalupäivä 2014 23.1.2014 Veli-Matti Uotinen, Liikennevirasto
Esityksen sisältö Tutkimuksen taustaa Koekohteet Tehdyt tutkimukset ja mittaukset Johtopäätelmiä Tutkimuksen jatkuminen Yhteenveto
Tutkimuksen taustaa Dokumentoidun ja tarkan tiedon tarve korroosiosta ja korroosionopeudesta satamakohteissa Tuloksia pyritään hyödyntämään merivedessä (Helsinki) olevien teräksisten rakenteiden kunnossapitotoimenpiteiden ja -ajoituksen suunnittelemiseksi ja uudiskohtaisessa realistisen korroosiovaran määrittämiseksi Katajanokan laivapaikan EK7 ja Jätkäsaaren Sampolaiturin LSL10 kunnostus ja rakennusurakoiden yhteydessä v.2005 HelSa päätti asentaa rakenteisiin koepaaluja seurantaa varten Koekohteet mahdollistavat myös pinnoitettujen paalujen asentamisen seurantaa varten
Koekohteet, Katajanokka
Koekohteet, Katajanokka 3 koepaalua (nro 2 ja 3 tutkittiin) D=610 mm t=12.24 12.27 mm L=11 11.5 m Paalut valmistettu 11/2004 ja asennettu 4/2005
Koekohteet, Jätkäsaari Sampolaituri 3 koepaalua, koepaalu K2, L=9.1 m tutkittiin D=610 mm t=12.24 12.28 mm Paalut valmistettu 11/2004 ja asennettu 5/2005
Tutkimukset 29.5.2013 Sampolaiturin K2 paalun ylösnosto 10.6.2013 Katajanokan paalujen 2 ja 3 ylösnosto 10.6.2013 koepalojen (100 mm x 100 mm) otto paaluista ainevahvuuksien määrittämiseksi Katajanokan paaluista paalun pinnalla olleen orgaanisen / eliöaineksen tutkimukset 10.6.2013 11.6.2013 Katajanokalla HDPE-pinnoitetun koepaalun ja paalun 2 takaisin asentaminen
Valokuvia ja havaintoja paaluista, Jätkäsaari 29.5.2013 kuvat Veikko Saukkonen 10.6.2013 kuva V-M. Uotinen. Vasemmassa päässä oleva maalimerkintä on 0.5 m päässä paalun yläpäästä, seuraava 1.5m, 2.5m, 3.5m, 5m, 6.5m ja 8 m.
Valokuvia ja havaintoja paaluista, Katajanokka
Valokuvia ja havaintoja paaluista, Katajanokka Paalu 3, 10.6.2013 Paalu 2, 10.6.2013 11.6.2013 kuivunutta/kuolluttua merirokkoa (yläkuva)
Valokuvia ja havaintoja paaluista, Katajanokka Paalu 3, 11.6.2013, 1.5-2.0m paalun yläpäästä Paalu 3, 11.6.2013, noin 2.5m paalun yläpäästä
Valokuvia ja havaintoja paaluista, Katajanokka Paalu 2, 11.6.2013, 11 m paalun yläpäästä eli noin 0.5 m merenpohjan alapuolella 8 vuotta ollut paalun kohta
Orgaanisen aineksen tutkimukset, Katajanokan paalut Taulukko 6. Paalujen pinnoilta otetut näytteet ja niistä mikroskoopilla tehdyt havainnot. X = lajia havaittiin näytteessä, - = lajia ei havaittu näytteessä. Lajien määritys ei FT Leskisen (Helsingin yliopisto, Ympäristötieteiden laitos) mukaan ole 100% varmaa. Ekologinen ryhmä Todennäköinen tarkempi alalaji / eliön virallinen nimi Paalu 2, syvyys 3 m Paalu 3, syvyys 7m Merirokko (niveljalkainen) Amphibalanus improvisus X X Polyyppieläimet Kaspianpolyyppi, Cordylophora caspia X X Sammaleläimet Einhornia crustulenta X - Niveljalkaiset, kuoriäyriäiset Gammarus duebeni, katka - X Paalujen yläpäästä 2.5 10 m: paalut lähes kauttaaltaan merirokon ja muun orgaanisen/elävän aineksen peitossa. Massan seassa kiviainesta, likaa ja korroosiotuotteita. Paalun päällä oleva kerrostuma on paikoin paksu, jopa 20 mm. Noston jälkeen massan väri tumman harmaan ja ruskea, mutta muuttui kuivatessaan enemmän harmaaksi. Massaa poistaessa massan alta paljastui enemmän mikrobitoiminnasta aiheutuvia korroosiotuotteita, mitkä muuttuivat oranssiksi pölyksi niitä puristellessa.
Orgaanisen aineksen tutkimukset, Katajanokan paalut Merirokko Polyyppieläimet Sammaleläimet Niveljalkaiset, kuoriäyriäiset
Ainevahvuuksien mittaus Ainevahvuudet (25 koepalaa) mitattiin TTY:n Materiaaliopin laboratoriossa stereomikroskoopilla kuvankäsittelyohjelman kalibroidulla mittajanalla Näyte 11: Katajanokan paalu 3, 1.5m, ainevahvuus ka. 11.77mm, min 11.12mm, max. 12.20mm
Mittaustulokset Katajanokka, laituripaikka EK7, koepaalujen keskimääräinen ja maksimi korroosio Korroosio [mm] 8 vuodessa 0,00 1,00 2,00 0 Jätkäsaari, Sampolaituri, LS10, koepaalun K1 keskimääräinen ja maksimi korroosio Korroosio [mm] 8 vuodessa 0,00 2,00 4,00 0 Syvyys [m] 2 4 6 8 10 Paalu 2, keskimääräinen korroosio Paalu 2, maksimi korroosio Paalu 3, keskimääräinen korroosio Paalu 3, maksimi korroosio Syvyys [m] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Keskimääräinen korroosio Maksimi korroosio 12
Johtopäätelmiä Katajanokka, laituripaikka EK7, koepaalujen korroosion lineaarinen ekstrapolointi vastaamaan 100 vuodessa tapahtuvaa korroosiota. Korroosio [mm] 100 vuodessa 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 Olosuhteet identtiset, erot suuret paalujen välillä? 2 4 Mikrobitoimintaa? Paalu 2: sisäpuolinen ja ulkopuolinen korroosio yhtä suurta Paalu 2: sisäpuolinen korroosio 10% kokonaiskorroosiosta Syvyys [m] 6 8 Pysyvä upotus, mikrobitoiminta lisännyt korroosiota? Paalu 3: sisäpuolinen ja ulkopuolinen korroosio yhtä suurta Paalu 3: sisäpuolinen korroosio 10% kokonaiskorroosiosta 10 12 Paalu 2, suurehko korroosio olosuhteisiin nähden, pohjasedimentin (happipitoisuuserot veden, sedimentin ja saven välillä) vaikutus? Paalu 3 savi (0.25-0.44mm/100 vuotta) hyvin linjassa VTT:n selvityksiin 0.65mm / 100 vuotta 95%:n luottamustasolla tavanomaisissa olosuhteissa paalun ulkopinnalla
Johtopäätelmiä Jätkäsaari, Sampolaituri, LS10, koepaalun K1 korroosion ekstrapolointi vastaamaan 100 vuodessa tapahtuvaa korroosiota 0 Korroosio [mm] 100 vuodessa 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 1 Syvyys [m] 2 3 4 5 Rasitetuin olosuhde, suuri ero Katajanokan 3.5 m korroosiohavaintoihin Sisäpuolinen ja ulkopuolinen korroosio yhtä suurta Sisäpuolinen korroosio 10% kokonaiskorroosiosta 6 7 Paalujen alapäät karkeassa louheessa 8 9
Johtopäätelmiä Tasaisen korroosion hidastuminen ajan myötä, päteekö orgaanisen massan peitossa olevalle alueelle? Tutkimuksen epävarmuustekijöitä: Tutkitut näytteet ja mittaukset edustavat vain murto-osaa koko paaluista Mittauksen tarkkuus/virheet: muutamassa näytteessä, missä korroosio oli vähäistä, mittauksen mukaan ainespaksuus oli aavistuksen suurempi kuin alkuperäinen paksuus Sisäpuolisen korroosion suuruus ja osuus kokonaiskorroosiosta? Korroosio ilmiönä haasteellinen : Meriveden ja maaperän (kemialliset) ominaisuudet ja niiden vaihtelu Teräsputkipaalujen korroosio, Mitoitus empiiriseen aineistoon pohjautuen, VTT:n selvityksiä 10/2004 Jouko Törnqvist Potkurivirtojen, aaltojen, jäiden, vedessä olevien epäpuhtauksien ja kiintoaineen vaikutus happipitoisuuden vaihtelu metallien kemiallinen tai fysikaalinen heterogeenisuus kahden eri metallin kosketus eli galvaanisen parin muodostuminen sähköiset hajavirrat mikrobiologiset prosessit (rikkiä hapettavat bakteerit, sulfaatteja pelkistävät bakteerit; sulfidisavet) Paalujen pinnalla olevien levien suojaava vaikutus
Tutkimuksen jatkuminen Katajanokan koekohteeseen asennettiin L=12m, RR610/10 HDPEpinnoitettu (pinnoitteen nimellispaksuus 6 mm) paalu pinnoitteen kestävyys, paalun yläosaan kohdistuu normaalin suuremman rasituksen lisäksi UV-rasitusta Sisäpuolisen korroosio suuruus saataneen hyvin selville Katajanokan koepaalu 2 asennettiin takaisin ja koepaalu 1 jatkaa koetta Jätkäsaari/Sampolaituri 2 paalua jatkaa koetta Paalujen tutkimukset 4 7 vuoden päästä? Kirjallisuustutkimus levien ja orgaanisen massan vaikutuksista korroosioon?
Yhteenveto Kyseessä yksittäinen tutkimus paikallisine olosuhdetekijöineen ei voida yleistää koskemaan teräspaalujen korroosionopeutta Suomenlahden merivesiolosuhteissa Tietoa kerättävä systemaattisesti lisää, jotta voidaan tarkemmin arvioida teräspaalujen korroosiota ja siihen vaikuttavia tekijöitä satamaolosuhteissa Pinnoitteiden käyttöä kannattaa tutkia lisää, paksu HDPE-pinnoite erityisesti mekaanisen kestävyyden kannalta vaikuttaa teknisesti järkevältä suojausmenetelmältä eniten rasitetuimmilla osuuksilla Lauttapaikka LJ5 Länsisatama 11 kpl Ø610x12,5 ja 6 kpl Ø813x12,5, joissa kaikissa yläosa pohjan tasosta (-9) ylöspäin oli HDPE-pinnoittettua. Tieto ja kuva Veikko Saukkonen HelSa