Laadunvarmistuksen menettelyt

Täyttötyön laatu varmistetaan joko lopputulos- tai työtapamenetelmän avulla. Lopputulosmenetelmässä tarkastetaan työmaalla tai laboratoriossa tehtävien kokeiden avulla maaperän toteutunut tiiviysaste sekä kantavuus. Lopputulosmenetelmää suositellaan käytettävän (RIL, 1979):

  • Perustusten alustäytöissä
  • Maanvaraisten lattioiden alustäytöissä
  • Kantavan kerroksen täytöissä
  • Jakavan kerroksen täytöissä
  • Suodatinkerroksen täytöissä

Laadunvarmistuksen työtapatarkkailua, eli tiivistyskoneen ylityskertojen määrän tarkkailulla tiivistettäessä tietyllä tiivistyskalustolla tiettyä maa-ainesta ja tietyn paksuista kerrosta, suositellaan käytettävän alla listattujen työkohteiden kanssa. Työtapatarkkailussa yliajokertojen määrä on ohjeellinen yliajokertojen määrä, maa-aineksen ollessa lähellä sen optimivesipitoisuutta sulassa tilassa sekä aineksen kuivairtotiheyden ollessa vaaditun suuruinen. (RIL, 1979)

  • Eräissä maanvaraisten lattioiden alustäytöissä
  • Perustusten, seinien ja muurien vierustäytöissä
  • Putkijohtojen tasauskerroksessa ja ympärystäytöissä
  • Rumpujen arinarakenteissa ja ympärystäytöissä
  • Pengertäytöissä
  • Puisto-, maisema- yms. täytöissä
  • Talvityössä, jolloin maakerros on tiivistettäessä jäätyneenä, ainoa luotettava menetelmä on työtapatarkkailu, joka on varmennettu tiiviysmittauksella.

Lopputulosmenetelmän laboratoriokokeena maksimi kuivatilavuuspaino tai maksimi kuivairtotiheys määritetään Parannetulla Proctor-kokeella. Työmaalla kantavuus määritetään levykuormituskokeella tai pudotuspainolaitekokeella (FWD eli Falling Weight Deflectometer, tai kevytpudotuspainolaitteella – Suomessa Loadman –laitteella). Tiiviys määritetään volymetrikokeella (vesi- tai hiekkavolymetrillä) tai säteilyn vaimentumiseen maassa perustuvalla laitteella (nk. radiometrinen mittauslaite, Suomessa useimmiten Troxler- mittalaitteella). Tehtävien tiiviys- ja kantavuuskokeiden lukumäärä ja suoritusmenetelmä määrätään urakka-asiakirjoissa. Kantavuutta mitataan erityisesti niissä työkohteissa, joissa tilavuuspainon määrittäminen on hankalaa. (RIL, 1979)

Parannetussa Proctor-kokeessa määritetään testattavan maa-aineksen kuivatiheys sekä kyseisen maa-aineksen teoreettinen maksimikuivairtotiheys. Maksimikuivairtotiheys määritetään sullomalla maa-aines sylinteriin ja tiivistämällä sitä vesipitoisuutta vaihdellen.

Vertaamalla kentältä mitattua tiivistetyn rakenteen kuivairtotiheyttä maa-ainekselle tehtyyn maksimikuivairtotiheyteen saadaan tulokseksi tiiviysaste. Tiiviysaste on näytteen tiheyden prosentuaalinen osuus Parannetulla Proctor-kokeella saatuun maksimitiheyteen. Vaihtoehtoisena Parannetulle Proctor-kokeelle voidaan käyttää kalibroitua kiertotiivistintä, jonka avulla maa-aineksen maksimikuivairtotiheys voidaan määrittää tarvittaessa myös työmaalla (Laukkanen, et al., 2012). Tässä raportissa Proctor-kokeella tarkoitetaan aina parannettua Proctor-koetta.

Maan kantavuuden määrittämiseksi voidaan työmaalla tehdä perinteinen, staattinen levykuormituskoe. Levykuormituskokeessa asetetaan tavallisesti kuorma-autoa, kaivuria tai traktoria vastapainona käyttävä pyöreä ja jäykkä levy maan pinnalle ja kuormitetaan maata portaittain kasvatettavalla voimalla. Levyn painumaa seurataan mittakelloista. Voima ja sitä vastaava painuma dokumentoidaan. Voima poistetaan ja koe toistetaan, jolloin saadaan toistokuormituksen aikaansaama painuma. Toiston jälkeen mittaustuloksista voidaan piirtää kuormitus-muodonmuutos –kuvaaja. Kantavuus E1 ja toistokuormituksen jäykkyys E2 lasketaan maksimikuorman (yleensä 60 kN) aikaansaaman kuormituslevyn keskimääräisen pohjapaineen p, siirtymän s ja kuormituslevyn säteen a avulla kaavalla (2)

kaavio443

Kaavassa esiintyvä kerroin 1.5 huomioi maapohjan ominaisuuksia ja jännityksen leviämisen kuormituslevyn alla.

Kuormituskertojen kantavuusarvoja verrataan toisiinsa, jolloin saadaan kantavuusaste E2/E1, josta voidaan päätellä maassa jäljellä olevaa tiivistymispotentiaalia. Kun kantavuusaste E2/E1 on pieni, maaperä ei enää tiivisty merkittävästi. Levykuormituskokeesta tulee huomata, että koetulokseen vaikuttavan maapohjan syvyys on suoraan verrannollinen käytettävän mittalevyn halkaisijaan. Levykuormituskokeen tehokas mittaussyvyys on noin 2 × levyn halkaisija (RIL, 1979; VTT, 1967). Levykuormituskokeen periaate on esitetty kuvassa 7.

kuva7-levykuormituskoe
Kuva 7. Levykuormituskoe. (VTT, 1967)

Staattisen levykuormituskokeen rinnalle on viimeisen 10 vuoden aikana myös talonrakennuskohteissa yleistynyt niin kutsuttu pudotuspainolaite, PPL -laite. Alun perin teiden pintakantavuuden mittauksiin kehitetyllä ja autolla perässä hinattavalla pudotuspainolaitteella simuloidaan raskaan ajoneuvon pyöräkuorman aikaansaamaa rasitusta tien pinnalla. Kuormituslevyn halkaisijana on 300 mm pyöreä levy ja kuten laitteen nimikin kertoo, levyn pinnan kuormitus aikaansaadaan levyn päälle putoavalla kuormalla. Lyhytaikaisen kuorman aikaansaama tien pinnalle syntyvän taipumasuppilon muoto mitataan sarjalla siirtymä-antureita kuormituslevyn vierellä. Kuormituslevyn itsensä hetkellisen maksimisiirtymän ja levyyn kohdistuvan voiman perusteella lasketaan tien pintakantavuuden EPPL-arvo. Kuormituksen dynaamisuudesta johtuen ja siitä johtuen, että ensimmäisen pudotuksen yhteydessä kontaktin aikaansaamisessa tien pintaan esiintyy usein epätarkkuutta, mittaustuloksiin käytetään toisen pudotuksen arvoa. Talonrakennuksen töissä pudotuspainolaitteen soveltamista hankaloittaa laitteen perässähinattavuus, mikä estää mittauksen esimerkiksi anturakuopissa. Laitteen käyttö staattisen levykuormituksen tuloksen saamiseksi edellyttää korjauskertoimen käyttöä. PPL –laitteen käyttöä on tarkemmin kuvattu mm. viitteessä / H. Spoof & S. Petäjä, Pudotuspainolaitemittaus (PPL–mittaus), TPPT Menetelmäkuvaus, Espoo, 28.12.2000, 15 s./

Kevytpudotuspainolaite on raskaan PPL –laitteen kevennetty versio. Toisin kuin raskaassa PPL –laitteessa, kevytpudotuspainolaitteella mitataan ainoastaan levyn siirtymää eikä kuormitetulle pinnalle syntyvää taipumasuppoa. LOADMAN -pudotuspainolaitteen avulla voidaan mitata maaperän kantavuutta. LOADMAN-pudotuspainolaite mittaa laitteen sisällä olevan pudotuspainon aiheuttamaa painumaa, josta se laskee kantavuuden E-arvon. Useiden samalla paikalla tapahtuvien mittausten perusteella voidaan puolestaan laskea Emax/E1 –arvo. (AL-Engineering Oy, 2009) Laite on kokonsa puolesta helposti käsiteltävissä, jonka ansiosta sitä voi käyttää ahtaissakin tiloissa. LOADMANilla pystytään versiosta riippuen tarkastamaan maaperän tiiviys noin 200–450 mm syvyydeltä. (Rakennustieto Oy, 2010b)

kuva8-pudotuspainolaite
Kuva 8. Kevyt pudotuspainolaite Loadman. Kuva: (AL-Engineering Oy, 2009)

Käytännössä pudotuspainolaite on tällä hetkellä suomalaisilla rakennustyömailla suosituin ja tavallisin käytössä oleva kantavuuden mittauslaite. Sen etuina ovat matalat investointi- ja käyttökustannukset verrattuna esimerkiksi säteilymittauslaitteisiin, laitteen nopea käyttö, käsiteltävyys sekä sen liikuteltavuus. Kevyt pudotuspainolaite on jakanut kuitenkin mielipiteitä tutkimuksessa sekä asiantuntijoiden keskuudessa niin Suomessa kuin myös Keski-Euroopassa. Tiivi-hanke toteaa, että kevyen pudotuspainolaitteen salliminen vaihtoehtona tarkemmille menetelmille vaativissa kohteissa johtaa siihen, että työkohteelle ei valita laatua parhaiten mittaavaa menetelmää (Laukkanen, et al., 2012).

Volymetrikokeessa tiivistettyyn maa-rakenteeseen kaivetaan kuoppa, josta poistetaan kaikki maa-aines ja mitataan kuopan tilavuus. Kuopan tilavuus mitataan joko veden tai hiekan avulla. Tämän jälkeen poistettu maa-aines kuivataan ja punnitaan. Kuivan maa-aineksen massan suhde kuopan tilavuuteen on mittauskohdan kuivatilavuuspaino. Kuivatilavuuspainoa puolestaan verrataan laboratoriossa määritettyyn Proctor-kokeen maksimikuivatiheyteen ja lasketaan tiiviysaste. (Tie- ja vesirakennushallitus, 1970)

Vesivolymetrikokeen ongelmia ovat näytteen pieni koko sekä käytettävä kumikalvo, jonka takia mitattava tilavuus jää usein vajaaksi. Ominaisuuksiensa vuoksi vesivolymetrikoe soveltuu varsin huonosti kalliomurskeesta tehdyn rakenteen tiiviyden mittaamiseen, mikä on yksi tavallisimmin käytetyistä maa-aineksista rakennusten täyttötöissä. Hiekan avulla tehty volymetrikoe soveltuu paremmin murskerakenteille, vaikka senkin rajat tulevat vastaan avonaisempien materiaalien kanssa. (Kalliainen, et al., 2011)

Työmailla voidaan myös käyttää säteilymittauslaitteita, esim. Troxler-mittalaitetta, maarakenteen tiiveyden tarkkailuun. Tämän niin kutsutun radiometrisen mittalaitteen toiminta perustuu gamma-säteilyn vaimenemiseen mitattavassa maassa ja neutronisäteilyn takaisin sirontaan maassa olevasta vedestä. Radiometriset mittalaitteet ovat menettäneet suosiotaan, sillä niissä käytettävän säteilyn johdosta vaatimuksia niin säilytyksen, kuljetuksen, käytön kuin käytöstä poistamisenkin suhteen on kiristetty.

Kalliaisen, Luomalan, Jäniskankaan, Nurmikoulun, ja Kolisojan teoksessa Radan eristys- ja välikerrosten tiiviys- ja kantavuustutkimuksia on käsitelty varsin kattavasti maarakenteen tiiviyttä ja kantavuutta sekä niiden mittaamiseen menetelmiä.