Maantiivistyskalusto

Maantiivistyskalusto

Käytettävä maantiivistyskalusto on merkittävin työn lopputulokseen vaikuttavista tekijöistä. Käytettäessä lopputuotteelle asetettujen vaatimuksien täyttävää maa-ainesta, saadaan tavallisissa olosuhteissa oikealla tiivistyskaluston valinnalla aikaan optimaalinen lopputulos.

Yhdistettäessä haluttu lopputulos, käytettävä maa-aines, tiivistyskalusto sekä haluttu kerrospaksuus voidaan määrittää tarvittava ylityskertojen määrä. (Laukkanen, et al., 2012)
Maantiivistyskoneiden toimintaperiaatteet eroavat toisistaan. Pääluokiltaan koneet toimivat yhden tai useamman seuraavan tiivistystavan yhdistelmänä:

  • staattinen tiivistys
  • tärytiivistys
  • pudotustiivistys.

Maantiivistämiseen voidaan käyttää suurta valikoimaa erilaisia koneita: käsijunttia, konejunttia, täryjunttia, tärylevyä, erikokoisia ja erimäärän valsseja sisältäviä jyriä. Tavallisesti talonrakentamisen maantiivistämisessä käytetään kuitenkin vain täryominaisuuksin varustettuja täryjunttia, tärylevyjä tai täryjyriä. Pelkästään staattiseen massaan perustuvan tiivistyskaluston käyttö on vähäistä ja rajoittuu lähinnä hienon maan tiivistämiseen sekä joihinkin asfalttitöihin. Tiivistyskaluston suositeltu vähimmäiselinkaari on noin viisi vuotta.

kuva2-taryjuntta
Kuva 2. Täryjuntta. Kuva: (Bomag, 2013)

Staattisten tiivistyskoneiden toimintaperiaate perustuu niiden staattiseen massaan, jolla se tiivistää ylitettävää maata. Mitä painavampi tiivistyskone on ja mitä pienempi on sen kosketuspinta-ala maahan, sitä enemmän se tiivistää maaperää. Staattisista tiivistyskoneista tavallisimmat ovat kumipyöräjyrät, mutta niiden tiivistysvaikutuksen on huomattu olevan vähäisempi kuin täryperiaatteella toimivien.

kuva3-kumipyorajyra
Kuva 3. Kumipyöräjyrä. Kuva: (Bomag, 2013)

Täryperiaatteella toimivat tiivistyskoneet siirtävät dynaamisesti liike-koneesta energiaa maaperään koneen staattisen massan aiheuttaman tiivistyskuorman lisäksi. Riippuen halutusta tiivistysvaikutuksen syvyydestä, tärylaitteilla käytetään eri liikeamplitudeja eli värähdystaajuutta seuraavan pääsäännön mukaisesti: suurella amplitudilla on syvemmälle ulottuva tiivistysvaikutus. Pienempi tärytaajuus kasvattaa myös tiivistystehoa täryvalssin tai – levyn lyöntinopeuden kasvaessa.

kuva4-taryjyra
Kuva 4. Täryjyrä. Kuva: (Hamm, 2013)

Pudotus eli syvätiivistyksellä voidaan saada hyvinkin syvälle maan rakenteeseen ulottuva tiivistyminen, mutta samalla pudotustiivistys sekoittaa ja löyhdyttää maan pintakerroksia, minkä vuoksi sitä ei suosita rakennekerroksia tiivistettäessä.

kuva5-syvatiivistys
Kuva 5. Syvätiivistys

Kantavuutta itsemittaava tiivistyskalusto

1970-luvulla alettiin kehittää itsemittaavia jyriä ja uutta tiivistysmenetelmää, jatkuvaa tiivistyksen tarkkailua, jossa jyrään kiinnitetty kiihtyvyysanturi mittaa maan kantavuutta jatkuvasti työn edetessä. Itsemittaavien täryjyrien ja tärylevyjen suosio on kasvussa ja niitä valmistavat jo useat tiivistyskalustonvalmistajat. Keski-Euroopassa itsemittaavan tiivistyskaluston suosion kasvu on ollut nopeaa ja Saksassa myydäänkin nykyään noin 50 % raskaimmista täryjyristä varustettuna integroidulla kantavuusmittarilla. Vastaava luku yksivalssijyrillä on noin 30 % ja 400 kg:n tärylevyillä noin 35 %. Suomessa ollaan alan kehityksestä vielä jäljessä. Vaikka integroitu mittari ei laadun toteamisen osalta vastaa Parannettua Proctor-koetta tai levykuormituskoetta, on niiden tuoma hyöty kuitenkinmerkittävä, koska tiivistystyö voidaan aikaisempaa tehokkaammin kohdentaa vielä tiivistystä edellyttäviin alueisiin.

Itsemittaavien jyrien mittatulokset voidaan joissain tilanteissa kalibroida vastaamaan levykuormituskokeella mitattua kantavuutta. Tutkimustulokset ovat osoittaneet, että kalibrointi on aina suoritettava. Materiaalin tai olosuhteiden vaihtuessa, laite tulee kalibroida luotettavan laaduntestausmenetelmän avulla. Mittarit välittävät kuitenkin varsin luotettavasti tietoa maan suhteellisista kantavuusvaihteluista ja tiivistettävän alueen heikoimmin tiivistyneistä kohdista, vaikka absoluuttisen kantavuusarvon määrittäminen ei olisikaan mahdollista.

Itsemittaavista jyristä ja paikkaan sidotusta tiivistysdokumentoinnista on Suomessa tehty tutkimusta viimevuosina Liikenneviraston rahoittamissa Tiivi-projektissa (Laukkanen, et al., 2012) sekä Radan eristys- ja välikerrosten tiiviys- ja kantavuustutkimus –projektissa (Kalliainen, et al., 2011). Tiivi-hankkeessa, jonka tavoitteena oli parantaa sitomattomien ja stabiloitujen kerrosten tiivistystyön laadunvalvonta- ja ohjausmenetelmiä, tuodaan julki itsemittaavien jyrien nykytila laadunvarmistuksen työkaluina. Hankkeessa verrattiin täryjyrään integroidun tiivistyksentarkkailulaitteen luotettavuutta muun muassa levykuormituskokeeseen. Yhtenä hankkeen tuloksista todettiin jatkuvatoimisen tiivistyksentarkkailun soveltuvan kaikille maapengermateriaaleille ja kiviaineksille seuraavin rajauksin:

  • Materiaalin hienoainespitoisuuden (< 0,63 mm) ylittäessä 15 massaprosenttia, liian suuri vesipitoisuus ja kiviaineksen huono vedenläpäisevyys voivat aiheuttaa mittaustulosten heikkenemistä
  • Materiaalin maksimiraekoon ylittäessä 120 mm, voi tiivistettävän kerroksen epätasaisuus aiheuttaa tuloksiin suurta vaihtelua.

(Laukkanen, et al., 2012)

Radan eristys- ja välikerrosten tiiviys- ja kantavuustutkimus –raportissa (Kalliainen, et al., 2011) todetaan, että itsemittaavien jyrien käyttö ainoana tiiveyden tarkkailumenetelmänä on ongelmallista, sillä mittaustulokseen vaikuttavat seuraavat tekijät:

  • Jyrän merkki ja malli
  • Tiivistettävä materiaali
  • Tiivistettävän kerroksen paksuus
  • Alapuolisen kerroksen kantavuus
  • Valssin amplitudi ja taajuus
  • Ajonopeus
  • Jyrän paino

(Kalliainen, et al., 2011)

Edellä olevan listan tekijöiden muuttuessa, muuttuvat myös itsemittaavan laitteen mittatulokset. Jotta itsemittaavan jyrän mittatulokset sopisivat ainoaksi laadunvarmistamisen menetelmäksi tai olisivat keskenään verrannollisia, tarvitsee laitteet kalibroida riittävän usein (vertaa Kuva 10 kohdassa ”Työmenetelmätarkkailut apuna laadun kohentamiseksi”).

GPS-teknologia on mahdollistanut tiivistämisen paikkaan sidotun dokumentoinnin. Jatkuvan tiivistämisen paikkaan sidottua dokumentointia kutsutaan ”älykkääksi tiivistämiseksi”. (Laukkanen, et al., 2012) . älykkään tiivistämisen laitteet muodostavat tiivistetystä alueestakartan, joka ilmaisee itsemittaavan anturin mittaamat kantavuusarvot tai tietyn kohdan ylityskertamäärät kartalla. GPS-paikannukseen perustuvien mittausjärjestelmien käyttö ei ole vielä Suomessa yleistynyt – Saksassa noin 5 % myydyistä täryjyristä on varustettu älykkään tiivistämisen järjestelmällä.. Esimerkki GPS-paikannuksen avulla tuotetusta tiiviyskartasta on esitetty kuvassa 6.

kuva6-alykas-tiivistaminen
kuva 6. älykäs tiivistäminen (Bomag, 2013)

Itsemittaavat anturit nostavat kaluston hankintakustannusta arviolta noin 10 prosenttia, mutta toisaalta alentavat kokonaiskustannuksia alentuneiden muuttuvien kulujen johdosta. Taulukossa Taulukko 5 on vertailtu kantavuusmittarilla varustetun täryjyrän sekä –levyn arvioitua kokonaiskustannuseroa ilman kantavuusmittaria varustettuihin koneisiin.

Taulukko 5. Itsemittaavan tiivistysanturin kustannusvertailu kalustoon ilman mittaria. Vuoden 2013 suuntaa-antava kustannustaso.
taulukko5-itsemittaava

Taulukon Taulukko 5 laskelma perustuu asiantuntija-arvioon. Kantavuusmittarilla varustettu kalusto nostaa laitteen vuokrahintaa noin 10 %. Työaikasäästöä saadaan esimerkkikohteessa 20 % sillä perusteella, että keskimääräinen yliajokerta saadaan

vähennettyä keskimäärin kuudesta viiteen yliajokertaan. Työn hintana on käytetty hintaa 32 €/h, mikä pitää sisällään pakolliset työnantajan maksut. Vaikka kantavuusmittari nostaa laitteen vuokrahintaa, voidaan kantavuusmittaria tehokkaasti hyödyntäen säästää kustannuksissa kokonaistyöaikaa säästämällä. Laskelmaan on huomioitu ainoastaan suora vuokrahinta sekä työn hinta eikä esimerkiksi polttoainekuluja.

Suurin hyöty tilaajalle tulee kuitenkin siitä, että kantavuusmittarilla varustetulla tiivistyskalustolla maantiivistäjä ilmaisee käyttäjälleen heikoiten tiivistyneet kohdat, joiden tiivistämiseen voidaan kiinnittää erityistä huomiota. Yksikin tiivistämättä jäänyt kohta, jota tarvitsee jälkikäteen korjata, voi aiheuttaa huomattavat kustannukset jollekin osapuolelle. Tiivistyksentarkkailulaitteet sekä GPS-paikannuslaitteet vaativat kuitenkin käyttäjien koulutusta, jotta niitä voidaan käyttää tehokkaasti ja oikein.