Maantiivistymiseen vaikuttavat tekijät – maa aines

Maantiivistäminen muokkaa maa-ainesta ja järjestää maapartikkelit lähemmäksi toisiaan, tiheämmäksi rakenteeksi. Tiivistystyön laatuun vaikuttavat tiivistettävän maa-aineksen ominaisuudet sekä käytettävä tiivistyskalusto. Kerralla tiivistettävän kerroksen paksuus määräytyy edellä mainittujen lisäksi siihen kohdistetun työn määrästä – pelkistetysti yliajokertojen määrästä. (Laukkanen, et al., 2012)

3.1 Tiivistettävä maa-aines

Maalajit nimetään niiden raekoostumuksen ja niiden sisältämän eloperäisen materiaalin määrän perusteella. Tietyt maalajit soveltuvat maanrakentamiseen toisia maalajeja paremmin niiden kantavuus-, tiivistymis-, vedenläpäisevyys- sekä routivuusominaisuuksiensa vuoksi. Maalajit luokitellaan suomalaisen GEO-luokituksen tai kansainvälisen ISO- luokituksen mukaan. Suomessa käytetään vielä toistaiseksi GEO-luokitusta, mutta siirtyminen ISO-luokitukseen lienee edessä tulevaisuudessa. Luokitusjärjestelmät eivät eroa toisistaan merkittävästi, suurin ero luokitusten välillä on moreenimaalajien merkitsemisessä, joita ISO-luokitus ei tunne.

Taulukko 2. Maalajiluokitukset.
Taulukko2-maalajiluokitukset

Maalajin rakeisuus vaikuttaa erittäin vahvasti sen käyttöön. Hienorakeiset maalajit ovat usein routivia sekä huonosti vettä läpäiseviä, mutta niillä on hyvä vedenpidätyskyky. Tämän vuoksi hienoa maata käytetään lähinnä viherrakentamisessa. Karkearakeiset maalajit puolestaan eivät roudi ja läpäisevät hyvin vettä. Karkeilla maalajeilla on myös alhainen kapilaariveden nousukorkeus, joka määrittää kosteuden nousemisen maalajissa. Karkeilla maalajeilla on huono veden pidätyskyky. Näiden ominaisuuksiensa vuoksi karkeaa maata käytetään vaativissa talonrakentamisen kohteissa. (RIL, 1979)

Moreenimaalajien käyttöä talonrakentamisessa vaikeuttaa niiden hienoainespitoisuus. Moreenilla tarkoitetaan maa-ainesta, joka sisältää vähintään viisi painoprosenttia hienoa maata sekä vähintään 5 painoprosenttia soraa. Moreenimaalajit ovat Suomen maaperässä tavallisia.

Luonnosta löytyy varsin harvoin rakennustyöhön optimaalisesti soveltuvaa maa-ainesta, minkä vuoksi maa-ainesta jalostetaan seulomalla, murskaamalla ainesta pienempirakeiseksi tai yhdistelemällä eri maalajeja. Taulukossa 3 on esitetty maanrakennuksen täyttötöissä tavallisesti käytettäviä maalajeja. Talonrakentamisen täyttötöissä käytetään pääosin karkeaa maata, poikkeustapauksissa kuten pihan täyttötöissä voidaan käyttää myös muuta maa- ainesta. (RIL, 1979)

Taulukko 3. Täytemateriaalit maanrakennustöissä. (RIL, 1979)
Taulukko3-taytemateriaalit

Päänimensä maa-aines saa – savea lukuun ottamatta -keskimääräisen läpäisyprosenttinsa d50 mukaan, esimerkiksi kuvan 1 käyrien d50-läpäisyprosentit antavat maa-aineksille nimet hieno hiekka sekä sora. Jos materiaali on mursketta, se kuvataan rakeisuusalueena, esim. #0 – 32 mm, on mursketta, josta yli 32 mm kivet on seulottu pois. Maalajinimeä keskiraekoon perusteella murskeella ei yleensä erikseen sanota. Kuvassa 1 on havainnollistettu talonrakentamisessa tavallisesti käytettyjen maalajien raekokoja, joita ovat kuvan käyrien väliin jäävän alueen sisällään pitämät raekoot.

Kuva1 -talonrakentaminen
Kuva 1. Talonrakentamisessa käytettyjen maalajien raekoot

Maantiivistämisessä lopputuloksen laatuun ei vaikuta ainoastaan tiivistettävä maamateriaali, vaan myös tiivistettävän maan alapuolisen maa-aineksen jäykkyys. Maapohjan ominaisuudet kuvataan usein suunnitelma-asiakirjoissa. Arvioiden oikeellisuus tulisi kuitenkin todeta vertaamalla pohjatutkimustuloksia suunnitelma-asiakirjojen pohjasuhdearvioihin (Rakennustieto Oy, 2010b). Infrarakentamisen yleiset laatuvaatimukset esittävät, että seuraavat pohjamaat ovat riittävän kantavia myös talonrakentamiseen (kantavuus E1 > 100 MN/m2): kallio, kivet, sora, routimaton soramoreeni, routimaton karkea hiekka (Rakennustieto Oy, 2010a).

Tärkein maa-aineksen tiivistymiseen vaikuttava ominaisuus on maa-aineksen raekokojakaumaa kuvaava raekokosuhde, joka kertoo maa-aineksen suhteistuneisuuden ja
lajittuneisuuden. Raekokosuhde määritetään läpäisyprosenttien d60 ja d10 suhteena d60 / d10
Tasarakeinen maalaji tiivistyy huonosti kun taas suhteistunut maalaji tiivistyy yleensä hyvin. Suhteistunut maalaji on tiiviimpänä myös kantavampaa kuin tasarakeinen aines. Raekokosuhteen ollessa

kaava2

Maa-aineksen raemuoto luokitellaan joko särmikkääksi, pyöreäsärmäiseksi, pyöristyneeksi, kulmikkaaksi, pitkulaiseksi tai litteäksi. Raemuoto vaikuttaa muun muassa maa-aineksen tiivistymiseen, lujuuteen, vedenpidätyskykyyn, tarttuvuuteen, kokoonpuristuvuuteen. Nämä ominaisuudet voivat vaikuttaa tiivistysprosessissa esimerkiksi maa-aineksen ylitiivistymiseen. Raemuotoa harvoin annetaan materiaalivaatimuksena tavanomaisessa rakentamisessa.

Jokaiselle maa-ainekselle on oma optimivesipitoisuutensa sekä kuivairtotiheyden maksimi. Tyypillisiä arvoja on esitetty taulukossaTaulukko 4. Optimivesipitoisuus on maa-aineksen pienintä tiivistysenergiaa edellyttävä vesipitoisuus. Maa-aineksen vesipitoisuutta tulee tarkkailla etenkin vaativissa, luokan 1 tiivistyskohteissa. Neljän prosenttiyksikön ero tiivistettävän maa-aineksen vesipitoisuuden ja optimivesipitoisuuden välillä estää maan tiivistymisen 95 % tiiviysasteeseen, joka on laatuvaatimus tietyissä vaativissa kohteissa. Kiviaineksen optimivesipitoisuus ja maksimikuivairtotiheys voidaan määrittää Parannetulla Proctor-kokeella. (Rakennustieto Oy, 2010a)

Taulukko 4. Maa-aineksien optimivesipitoisuus ja tavalliset kuivairtotiheydet. (Rakennustieto Oy, 2010a)

Taulukko4-maa-ainekset