Eesti-Soome katendivõrdlusest
2009 aastal võrdlesime Soome ja Eesti katendiarvutuse juhendeid ning nende alusel konstrueeritud katendeid. Huviline leiab töö veebis: http://www.mnt.ee/atp/failid/2009_10_katendi_kandevoime_vordlus.pdf
Lühidalt võiks tulemused kokku võtta alljärgnevalt:
1) Üldiselt on arvutusalused (materjalide tugevusnäitajad) lähedased, asfaltbetoonide korral isegi väga. Killustiku elastsusmooduli osas kasutatakse Eestis ka paekillustikele Soome parimate tardkivikillustike näitajaid. Reaalselt kasutatakse Soomes killustikke kahes kihis – parem killustik aluse ülakihis (280 MPa) ning nõrgem alakihis (200 MPa). Liivade ja aluspinnaste arvutuslikud tugevusnäitajad Soome normides on mõnevõrra madalamad meil kasutatavatest, ulatudes parimatel liivadel 100 MPa tasemeni. Sama konstruktsiooni korral on arvutustulemused lähedased (erisused reeglina 10% piires).
2) Soome normides nõutakse sama liikluskoormuse korral oluliselt suuremat kandevõimet. Töös võrreldud nelja koormusklassi puhul ulatuvad erisused 30%-st (202 vs 265 MPa IV klassi teel) kuni 70%-ni (277 vs 475 MPa I klassi teel). Samas tuleb tõdeda, et Odemarki valemit kasutades ei arvutata tõmbe- ja nihkepingeid. Kontrollarvutused näitavad, et Odemarki valemi alusel dimensioneeritud konstruktsioonides on reeglina tõmbe- ja nihkepingete kriteeriumid täidetud.
3) Tegelikult kasutatavate konstruktsioonide puhul ei ole tavaliselt need erisused nii suured, kuna Eestis kehtivate reeglite alusel katendi dimensioneerimisel on tihtipeale kriitiliseks teguriks mitte kandevõime katendi peal, vaid tõmbepinged asfaldi alakihis ning seetõttu kujuneb kandevõime arvutuslik väärtus suuremaks nõutud miinimumist, jäädes siiski oluliselt alla Soomes nõutud tasemest.
4) Võrreldes samas ka tegelikku praktikat, on Soome teedel analoogilise liikluskoormuse korral killustikaluse paksus kahekordne (40-50 cm) ja asfaldikihtide paksus 1,5-kordne. Sel teel on saavutatud tee konstruktsiooni vastupidavus, mis võimaldab aluse kapitaalsema remondi vahemiku viia 50 aastani asendades selle aja jooksul kaks korda sideainetega seotud kihid.
Töö käigus on selgunud veel mitmeid teemasid, mis vajaksid arutamist, analüüsi ja katsetamist.
- 2009 veebruari muudatustega katendi juhendis (2001-52) säilis ainult optimaalse terastikulise koostisega killustikusegu. See tähendab ühelt poolt, et fraktsioneeritud killustike ja ridakillustike kasutus ehituses ei vasta enam juhendile. Kuid teiselt poolt selgub ka, et seda optimaalset segu ei suudeta toota ja ei osata paigaldada (vt Teede Tehnokeskuse uuringut T15 Hagudi lõigul). Segu sõelkõverale vastavus on tardkivikillustiku puhul saavutatud, kuid segregeerumine esineb kõigil optimaalse kõveraga segudel (probleem täheldatud ka kõigil 2010 tardkivikillustikuga ehitatud teelõikudel). Paekillustikuga on tegelikult lugu veelgi hullem - sest peale tihendamist erineb sõelkõver reeglina oluliselt sellest, mis segusõlmest saadetud. Vähemalt paekillustiku puhul saame tulemuseks külmakartliku materjali vahetult asfaldi all, elu näitab mis tardkillustikuga samas situatsioonis juhtuma hakkab.
- Paekillustik – selle tegelikud tugevusnäitajad ja meie tingimustes sobiva killustikusegu määratlus kehtivate standardite raames – tugevusnäitajate osas lootsime tulemusi eelmainitud T15 katselt, kuid standardile mittevastavus on tõenäoliselt üks põhjus, miks selleteemalise uuringu tulemusi veel avaldatud pole – samas on tõenäoline, et mõõdetud tulemused viitavad vajadusele paekillustiku näitajate alandamiseks näiteks 200 MPa tasemele. Et viidatud Tehnokeskuse uurimuse tulemuseks on killustiku proovivõtmise metoodika, võiks oletada et sõelkõverat hakataksegi kontrollima peale tihendamist. Algne 400 MPa vene normidest ka paekillustikule tulenes eeldusest, et killustikusegu tihendamisel peenemaks läeb ja hiljem konstruktsioonis tsementeerub, misläbi omandab tardkivikillustikuga lähedase tugevuse. Kuid - ühelt poolt, pole ka tardkivi põhjanaabritel nii tugevaks arvatud, ning teiselt poolt, soola kasutus teede talihoolduses mõjutab kahtlemata ka killustikku. Ning lubjakillustiku külmakindluse uuringud on viidanud kohati katastroofiliselt madalatele näitajatele.
- Seni nõutav naaberkihtide e-moodulite suhtarv – Soomes on mindud seda teed, et kui alumise kihi peal arvutatud kandevõime tase erineb oluliselt ülemise kihi e-moodulist, piiratakse ülemise kihi arvutusliku mooduli väärtust all arvutatu kordsega. Selle kriteeriumi tõttu on seni nõutud mustkillustiku kasutamist, kuid viimasel ajal on see asendunud kompleksstabiliseerimisega.
Seni kasutatav katendi arvutusmetoodika on oma aja ära elanud. Ka Venemaal on juba 2001 aastast uus juhend ja uued alused. Võrreldud Odemarki valem on lihtne, võibolla koguni liiga lihtne. Hiljuti on uutele alustele viidud ka USA süsteemid, Skandinaavia (Rootsi-Norra-Taani-Island) on ühiste jõududega kohandamas betooni arvutustest tuttavat lõplike elementide meetodit elastsetele teekonstruktsioonidele (kuuldavasti edeneb asi vaevaliselt). Rootsis senikasutatav süsteem pakub huvi ja seda tasuks lähemalt uurida - on teada, et ka Eestis erineb kliima sisemaal ja rannikul, Rootsi süsteemis võetakse ka temperatuurierisused ja koormuse jaotus erinevate kliimaperioodide jooksul arvesse. Seni oleme pidanud katendile kõige kriitilisemaks kevadist teedelagunemise perioodi, viimase suvega oleme mõistmas, et kuiv ja palav suvi võib samuti kattele ohtlikuks kujuneda.
Ka Maanteeametis on uued tuuléd, ehituses on see juba tunda. Kuuldavasti koostatakse jälle/juba uusi projekteerimisnorme, kuid katendi osas on seni veel vaikus, ehk mitte hauavaikus?
Katendite dimensioneerimine ei ole enam ainult Maanteeameti mure, see on ministeeriumi ja ka riigi mure laiemalt. Normatiivide osas on vaja jõuliselt rahastada arendustööd, sest küsimus on miljardite kroonide (ehk siis sadade miljonite eurode) investeeringute kvaliteedis. Kui raha ja aega napib täiemahuliseks arendustööks, tuleb leida sobivad analoogid ja vajalik üle võtta.
Lühidalt võiks tulemused kokku võtta alljärgnevalt:
1) Üldiselt on arvutusalused (materjalide tugevusnäitajad) lähedased, asfaltbetoonide korral isegi väga. Killustiku elastsusmooduli osas kasutatakse Eestis ka paekillustikele Soome parimate tardkivikillustike näitajaid. Reaalselt kasutatakse Soomes killustikke kahes kihis – parem killustik aluse ülakihis (280 MPa) ning nõrgem alakihis (200 MPa). Liivade ja aluspinnaste arvutuslikud tugevusnäitajad Soome normides on mõnevõrra madalamad meil kasutatavatest, ulatudes parimatel liivadel 100 MPa tasemeni. Sama konstruktsiooni korral on arvutustulemused lähedased (erisused reeglina 10% piires).
2) Soome normides nõutakse sama liikluskoormuse korral oluliselt suuremat kandevõimet. Töös võrreldud nelja koormusklassi puhul ulatuvad erisused 30%-st (202 vs 265 MPa IV klassi teel) kuni 70%-ni (277 vs 475 MPa I klassi teel). Samas tuleb tõdeda, et Odemarki valemit kasutades ei arvutata tõmbe- ja nihkepingeid. Kontrollarvutused näitavad, et Odemarki valemi alusel dimensioneeritud konstruktsioonides on reeglina tõmbe- ja nihkepingete kriteeriumid täidetud.
3) Tegelikult kasutatavate konstruktsioonide puhul ei ole tavaliselt need erisused nii suured, kuna Eestis kehtivate reeglite alusel katendi dimensioneerimisel on tihtipeale kriitiliseks teguriks mitte kandevõime katendi peal, vaid tõmbepinged asfaldi alakihis ning seetõttu kujuneb kandevõime arvutuslik väärtus suuremaks nõutud miinimumist, jäädes siiski oluliselt alla Soomes nõutud tasemest.
4) Võrreldes samas ka tegelikku praktikat, on Soome teedel analoogilise liikluskoormuse korral killustikaluse paksus kahekordne (40-50 cm) ja asfaldikihtide paksus 1,5-kordne. Sel teel on saavutatud tee konstruktsiooni vastupidavus, mis võimaldab aluse kapitaalsema remondi vahemiku viia 50 aastani asendades selle aja jooksul kaks korda sideainetega seotud kihid.
Töö käigus on selgunud veel mitmeid teemasid, mis vajaksid arutamist, analüüsi ja katsetamist.
- 2009 veebruari muudatustega katendi juhendis (2001-52) säilis ainult optimaalse terastikulise koostisega killustikusegu. See tähendab ühelt poolt, et fraktsioneeritud killustike ja ridakillustike kasutus ehituses ei vasta enam juhendile. Kuid teiselt poolt selgub ka, et seda optimaalset segu ei suudeta toota ja ei osata paigaldada (vt Teede Tehnokeskuse uuringut T15 Hagudi lõigul). Segu sõelkõverale vastavus on tardkivikillustiku puhul saavutatud, kuid segregeerumine esineb kõigil optimaalse kõveraga segudel (probleem täheldatud ka kõigil 2010 tardkivikillustikuga ehitatud teelõikudel). Paekillustikuga on tegelikult lugu veelgi hullem - sest peale tihendamist erineb sõelkõver reeglina oluliselt sellest, mis segusõlmest saadetud. Vähemalt paekillustiku puhul saame tulemuseks külmakartliku materjali vahetult asfaldi all, elu näitab mis tardkillustikuga samas situatsioonis juhtuma hakkab.
- Paekillustik – selle tegelikud tugevusnäitajad ja meie tingimustes sobiva killustikusegu määratlus kehtivate standardite raames – tugevusnäitajate osas lootsime tulemusi eelmainitud T15 katselt, kuid standardile mittevastavus on tõenäoliselt üks põhjus, miks selleteemalise uuringu tulemusi veel avaldatud pole – samas on tõenäoline, et mõõdetud tulemused viitavad vajadusele paekillustiku näitajate alandamiseks näiteks 200 MPa tasemele. Et viidatud Tehnokeskuse uurimuse tulemuseks on killustiku proovivõtmise metoodika, võiks oletada et sõelkõverat hakataksegi kontrollima peale tihendamist. Algne 400 MPa vene normidest ka paekillustikule tulenes eeldusest, et killustikusegu tihendamisel peenemaks läeb ja hiljem konstruktsioonis tsementeerub, misläbi omandab tardkivikillustikuga lähedase tugevuse. Kuid - ühelt poolt, pole ka tardkivi põhjanaabritel nii tugevaks arvatud, ning teiselt poolt, soola kasutus teede talihoolduses mõjutab kahtlemata ka killustikku. Ning lubjakillustiku külmakindluse uuringud on viidanud kohati katastroofiliselt madalatele näitajatele.
- Seni nõutav naaberkihtide e-moodulite suhtarv – Soomes on mindud seda teed, et kui alumise kihi peal arvutatud kandevõime tase erineb oluliselt ülemise kihi e-moodulist, piiratakse ülemise kihi arvutusliku mooduli väärtust all arvutatu kordsega. Selle kriteeriumi tõttu on seni nõutud mustkillustiku kasutamist, kuid viimasel ajal on see asendunud kompleksstabiliseerimisega.
Seni kasutatav katendi arvutusmetoodika on oma aja ära elanud. Ka Venemaal on juba 2001 aastast uus juhend ja uued alused. Võrreldud Odemarki valem on lihtne, võibolla koguni liiga lihtne. Hiljuti on uutele alustele viidud ka USA süsteemid, Skandinaavia (Rootsi-Norra-Taani-Island) on ühiste jõududega kohandamas betooni arvutustest tuttavat lõplike elementide meetodit elastsetele teekonstruktsioonidele (kuuldavasti edeneb asi vaevaliselt). Rootsis senikasutatav süsteem pakub huvi ja seda tasuks lähemalt uurida - on teada, et ka Eestis erineb kliima sisemaal ja rannikul, Rootsi süsteemis võetakse ka temperatuurierisused ja koormuse jaotus erinevate kliimaperioodide jooksul arvesse. Seni oleme pidanud katendile kõige kriitilisemaks kevadist teedelagunemise perioodi, viimase suvega oleme mõistmas, et kuiv ja palav suvi võib samuti kattele ohtlikuks kujuneda.
Ka Maanteeametis on uued tuuléd, ehituses on see juba tunda. Kuuldavasti koostatakse jälle/juba uusi projekteerimisnorme, kuid katendi osas on seni veel vaikus, ehk mitte hauavaikus?
Katendite dimensioneerimine ei ole enam ainult Maanteeameti mure, see on ministeeriumi ja ka riigi mure laiemalt. Normatiivide osas on vaja jõuliselt rahastada arendustööd, sest küsimus on miljardite kroonide (ehk siis sadade miljonite eurode) investeeringute kvaliteedis. Kui raha ja aega napib täiemahuliseks arendustööks, tuleb leida sobivad analoogid ja vajalik üle võtta.
Kommentaarid
http://www.mnt.ee/atp/failid/5MA_katendi_kihtide_elastsusmoodul_2010.pdf
Ja sealt paistab mõndagi huvitavat välja.
FWD-seadmega mõõdetud elastsusmoodulid ja tagasiarvestused on andnud killustike keskmiseks tugevuseks ehk elastsusmooduliks mitte 400 MPa ega ka mitte 280 MPa, vaid hoopis paekillustikul alla 160 MPa ja tardkivikillustikul pea 170 MPa.
See läheb suht hästi kokku ka Soome normidega - killustiku vahemik on 100-280 (seal muidugi ainult tardkivikild, graniit vaid üks neist tardkivimitest) ning 0/31,5 võib olla maksimaalselt 200 MPa.
Kui soovime täpsemalt määratleda, siis võiks tardkivikillu moodul olla jämedamatel segudel (63 ja 80) 280 ning peenematel (31,5 ja 40) 200 MPa.
Võiks.
Ja pakuksin, et vastavalt paekillustikul tuleks kasutada väärtusi 200 ja 180. Jämeda segu osas võib siiski mõelda näiteks 260 peale kuid seda kindlasti mitte 31,5 segule.