EHITUSGEOLOOGIA

1. EHITUSGEOLOOGIA EEL KOOLITUSPÄEV Tallinnas 29. oktoober 2010.a. EEL KOOLITUS

2. Eesmärk • Tutvustada muutusi, mis on toimunud pinnaseid puudutavais normides • Tutvustada muutusi, mis on toimunud geotehnilise projekteerimise valdkonnas • Hinnata varasemate ehitusgeoloogiliste uuringute kasutatavust täna • Tutvustada pinnaseuurimiseks kasutatavaid meetodeid • Anda kriteeriumeid, mille alusel hinnata uuringute kvaliteeti EEL KOOLITUS

3. 1. Ehitusgeoloogia ja geotehnika Ehitusgeoloogia on geoloogia haru, mis uurib maapinnast sügavamale jääva materjali omadusi ja iseloomustab materjali – pinnast – tulevase ehituse projekteerimiseks vajalike arvsuurustega. Muutub projekteerimisel kasutatav normatiivne baas, muutuvad ka iseloomustamiseks vajalikud suurused. EEL KOOLITUS

4. Näited • NL-s kehtinud SNiP andis ehitise vajumise prognoosimiseks arvutusalgoritmi, mis kasutas ülddeformatsioonimoodulit Eo • Praegu kehtiv EVS 1997-1…2: 2006 (EPN 7.1…7.3) annab vajumise prognoosimiseks algoritmi, mis sisaldab mitut parameetrit – Cc, Cs, OCR, E • Tugevust iseloomustati φ ja c kaudu, nüüd dreenimata ja efektiivparameetrite kaudu EEL KOOLITUS

5. Järeldusi näidetest • Geoloogia ja pinnasekihtide paiknemine allpool maapinda on tõepoolest suhteliselt püsivad ehk ajas on muutused vähetõenäolised • Ometi on seoses projekteerimise normdokumentide vahetusega muutunud suurused, mille kaudu pinnaste omadusi kirjeldatakse. EEL KOOLITUS

6. Geotehnika • Geotehnika on insenertegevuse haru, mis valib pinnasenäitajate hulgast arvutusskeemi sobivad suurused ja arvutuste abil kontrollib struktuuride püsivust ja prognoosib deformatsioone. • Geotehnika ja ehitusgeoloogia on teineteisega tihedalt seotud ja nende kokkupuutepunktiks on pinnaste mehhaanilisi omadusi iseloomustavad arvutusnäitajad või –suurused. EEL KOOLITUS

7. Ajalooline taust • NL-is kehtinud ehitusnormide järgi teostasid ehitusgeoloogid pinnaseuuringuid ja varustasid projekteerijale pinnaste arvutusparameetrid • Mujal maailmas oli ja on levinud praktika, kus geotehnilisi arvutusi tegev insener teostab ka pinnaseuuringud • Eestis on omaks võetud Euroopa ehitusnormid, ehitusgeoloogiaga / geotehnikaga seotud küsimustes valitseb aga valdavalt NL aegne olukord EEL KOOLITUS

8. Näited • Ehitusgeoloogiliste uuringute (inšenerno geologitšeškii otšot) aruanne sisaldab tehtud katsete andmeid ja nende töötlust – tulemusena antakse projekteerijale vajalikud arvutusnäitajad • Pinnaseuuringu (soil investigation) aruanne sisaldab tehtud katsete andmed. Töötlus ehk arvutusparameetrite valik tehakse projekteerimise järgmises faasis. EEL KOOLITUS

9. Mis seal siis vahet on? • SNiP iseloomustas tugevust sisehõõrdenurga ja nidususega, kokkusurutavust ülddeformatsiooni mooduliga, kuidas neid leida oli rangelt reglementeeritud • EPN 7.1 (EVS-EN 1997-1: 2006) annab tugevuse iseloomustamiseks ka dreenimata nihketugevuse mõiste, kokkusurutavuse hindamiseks hoopis teised suurused. Siit tuleneb otsene vajadus teada, millise ehitise tarbeks pinnaseuuringuid tehakse. EEL KOOLITUS

10. Võimalikud konfliktiallikad • Arvutusparameetrid on antud valede ehituslike koormuste juures (1 või 5 korruseline hoone, 2 m või 20 m sügavusel) • Uuringute aruandes puuduvad arvutuseeskirja jaoks vajalikud parameetrid (näited) • Uuringute aruandes puuduvad vajalikud andmed hindamaks ühe või teise vundeerimisviisi kasutatavust või otstarbekust EEL KOOLITUS

11. Konfliktide ennetamiseks • Ehitusgeoloogiliste uuringute tegija ja projekteerija koostavad uuringute kava lähtudes geoloogilistest tingimustest ja tulevasest rajatisest. • Uuringute optimiseerimiseks lepitakse eelnevalt kokku parameetrid või tegurid (pinnasevee tase), mis mõjutavad insenerlahendust kõige enam. EEL KOOLITUS

12. Ehitusgeoloogilise tausta eelised • Geoloogia seaduspärade teadmine võimaldab teha väga olulisi otsuseid uuringute lihtsustamiseks või fokuseerimiseks (sinisavi sees ei ole paekivi, selle all ei ole nõrku pinnaseid jne.) • Geoloog käsitleb pinnast kui väga heterogeenset ainet ja suhtub üksikusse proovi ettevaatlikkusega EEL KOOLITUS

13. Geotehnilise tausta eelised • Võimaldab hinnata parameetrite mõju lõpptulemusele – uuringute fokuseerimine ja vajalik parameetrite täpsus • Võimaldab määrata milliseid parameetreid on arvutusteks vaja – uuringute käigus tehtavad katsed ja teimid • EPN eeldab seega rohkem geotehnilist, kui ehitusgeoloogilist tausta EEL KOOLITUS

14. Vahekokkuvõtteks • Normide vahetus tõi pinnast käsitlevatesse osadesse üsna suuri muutusi • Puhas ehitusgeoloogiline lähenemine – anda KÕIK parameetrid – võib osutuda majanduslikult mitte otstarbekaks • Geotehniline lähenemine tähendab, et erinevate ehitiste projekteerimiseks tehakse pinnaseuuringuid erineva põhjalikkusega • Varasemate uuringute olemasolu ei tähenda, et projekteerimiseks vajalikud andmed on olemas EEL KOOLITUS

15. 2. Uurimismeetodid Geotehnika kui kunst (vs insenertegevus) Paljude arvates on ehitusgeoloogilised uuringud üks üsna segane värk Tegelikult on geotehnilised uuringud reglementeeritud nagu iga teine ehitusvaldkond Kunst seisneb uuringu fokuseerimises olulisele, õige uuringumeetodi ja vajaliku täpsuse määratlemises EEL KOOLITUS

16. Puurimine • Tavaline puurimine vaid kirjeldab pinnaseid • Kirjeldus ja omaduste hindamine on subjektiivne • Pinnase nimetuse abil on võimalik juurdepääs kõige lihtsamatele tabelitele – Ro SNiP-is jne. • Võimaldab registreerida pinnasevee taset • Pinnasevee tase registreeritakse puurimise ajal, kirjeldatakse niiskuse muutust (kuiv, niiske, märg, veeküllastunud) • Pinnasevee tase kontrollitakse mõne aja pärast peale puurimise lõpetamist (moreen) EEL KOOLITUS

17. EEL KOOLITUS

18. Keerdpenetreerimine - SWT • Meetod on välja töötatud Rootsis, hea kihipiiride määramiseks, odav ja kiire • Põhineb varraste süvistamisel varraste pinnasesse pööramisega, varrastele on asetatud raskus 100 kg (EVS-EN 1997-2: 2006 ptk 4.8) • Registreeritakse poolpöörete arv, kui vardad lähevad pinnasese pööramata, registreeritakse nende surumiseks vajalik raskus (25, 50, 75, 100 kg) • Koostatakse poolpöörete arvu muutuse graafik sügavuse suunas • Puudused – külghõõrde mõju • EVS-EN 1997-2: 2006-es teatmelisa HtabelH.1, mis võimaldab anda liivale ja möllile normsuurused EEL KOOLITUS

19. EEL KOOLITUS

20. Löökpenetreerimine - DPT • DPT Euroopas (Ameerikas SPT), HfA ja SPT seos (Rootsi) • Põhineb standardse seadme või vardakomplekti süvistamisel pinnasesse löökide abil • SPT võimaldab võtta ka proovi • DPT on pidev • Vardad, proovur või otsik, löögi vasar ja langetuskõrgus standardiseeritud (EVS-EN 1997-2: 2006 ptk. 4.7) • Registreeritakse intervalli läbimiseks kulunud löökide arvu (10, 20, 30 cm) • Katseandmed korrigeeritakse löögienergia suhtes • Koostatakse graafikud –löökide arvu muutus sügavuse suunas • Arvväärtused võimaldavad otsustada pinnase tugevuse üle, graafikute kuju lubab teha oletusi geoloogiliste kihtide kohta (puuraugud annavad nimetuse) • Puudused ja eelised, kasutusala, EVS-EN 1997-2: 2006 teatmelisaG EEL KOOLITUS

21. EEL KOOLITUS

22. EEL KOOLITUS

23. Surupenetreerimine - CPT • Põhineb varraste surumisel pinnasesse (EVS-EN 1997-2: 2006 ptk 4.3) • Mõõdetakse eraldi otsa ja külje surumiseks kulunud jõudu. Jõud registreeritakse kindla intervalliga(2…20 cm) • Saadakse eritakistus (otsa surumise jõud/otsa pindala) ja külghõõre (kogu surumisjõud – otsa surumise jõud), mõnel seadmega erihõõre ja indutseeritud poorirõhk • Mehhaaniline ja elektriline seade • Koostatakse eritakistuse ja külghõõrde jt. mõõdetud suuruste muutumise graafik sügavuses suunas • Kõige täpsem, parimad üleminekud pinnase omadustele (EVS-EN 1997-2: 2006 teatmelisad D) • Vastukaalu probleem EEL KOOLITUS

24. EEL KOOLITUS

25. EEL KOOLITUS

26. Tiivikkatse - VT • Savipinnase dreenimata nihketugevuse määramiseks massiivis (EVS-EN 1997-2: 2006 ptk 4.9) • Põhineb ringsilindrilise lihke esile kutsumises pinnases nn. tiiviku abil • Registreeritakse pöördenurk ja pööramiseks kulud jõud • Konstrueeritakse graafik pöördenurk v. jõud, millelt määratakse pinnase maksimaalne ja jääktugevus ning tugevus purustatud olekus • Eelis – annab otse tugevuse, puudus – kasutatav ainult savis ja kohevas möllis EEL KOOLITUS

27. EEL KOOLITUS

28. EEL KOOLITUS

29. Välikatsed – plaadi koormamine • EVS-EN 1997-2: 2006 ptk 4.11 • Katseplaat asetatakse pinnasele ja koormatakse astmeliselt (tungraua abil) • Registreeritakse vajumine (mõõtekelladega) • Konstrueeritakse plaadi alune pinge v. mõõdetud plaadi vajumine pinnasesse graafik • Leitakse elastsus- ja/või deformatsioonimoodul • Katse liival ja savil? Katse puudused. • Praegu kasutusel peamiselt tiheduse kontrolliks (kruus, killustikalused, jämepurdpinnased) EEL KOOLITUS

30. Välikatsed – vaia koormamine • Vaia kandevõime kontrollimiseks • Koormus antakse edasi tungrauaga astmeliselt • Mõõdetekase vaiapea vajumine mõõtekelladega • Konstrueeritakse koormus v. vajumine graafik • Tuletatakse vaiade kandevõime (EVS-EN 1997-1: 2006) EEL KOOLITUS

31. Puurimine ja labor • Puurimine peaks toimuma proovide võtmisega • Veesisaldus • Mahukaal • Erikaal • Suhteline tihedus ja Proctori tihedus • Lõimise analüüs • Attebergi piiride määramine (wL ja wP) • Filtratsioonikatse • Konsolidatsioonikatse (ödomeetris) • Nihkekatse (sh. ringnihkekatse) • Ühe- ja kolmeteljeline survekatse EEL KOOLITUS

32. Vahekokkuvõtteks • Pinnaseuuringuks on võimalik kasutada erinevat täpsust võimaldavaid seadmeid ja meetodeid • EVS sisaldab teatmelisasid, kus üleminekud välikatsetega määratud suurustest arvutustes kasutatavate normsuurustele • Uurimismeetodid on standardiseeritud, seega kui aruandes sisalduvad katsete originaalandmed, siis on projekteerijal endal võimalik hinnata normsuurusi • Sarnaseid tabeleid leida ka kirjandusest EEL KOOLITUS

33. Näide – suhtelise tiheduse määramine EEL KOOLITUS

34. Näide – dreenimata tugevuse määramineTerzaghy, Peck and Mesri 1996 (U.S. Navy) EEL KOOLITUS

35. Näide – Swedish National Report, CPT’95, Vol1 EEL KOOLITUS

36. 3. Uuringute kvaliteedi kriteeriumid Igasugune uuring tehakse eesmärgiga saada informatsiooni otstarbeka tegutsemiskava koostamiseks Ehitusgeoloogiline uuring ei ole bürokraatlike normidega kehtestatud lisakulutus vaid vajadus teada materjali omadusi, millele rajatis püstitatakse EEL KOOLITUS

37. Miks on uuringud vajalikud • Looduslik materjal – heterogeensuse tõttu oluliselt raskem kirjeldada kui valmistatud materjale nagu raud ja betoon. Pinnase omadusi tuleb alati uurida. • Rahalised kaalutlused piiravad uuringute mahtu. Mis on puuraukude vahelised tingimused, kui suur on proovide rikutus? • Andmeid analüüstakse statistiliselt, võrreldakse varasematega ja analoogidega. Ometi vajalikud hinnangutes suured varutegurid, sest lahendused peavad olema ohutud. • Väga suurt tähtsust omab kogemus ja subjektiivsus. • Ehitamise ajal tuleb sageli lahendusi korrigeerida. • Uued ülesanded – reostus ja selle levik pinnases. EEL KOOLITUS

38. Uuringute maht ja detailsus • Uuringute maht ja detailsus sõltub • Rajatavast ehitisest • Eelteadmiste hulgast (EGF, EGK Fond, kaardid) • Ala topograafiast • Eesti tingimustes – EGF tähtsus • Kahjuks sõltub uuringute maht ja detailsus Eestis liiga palju ka järgnevatest teguritest • Tellija poolt määratud maht ja meetodid • Konkurents – mõjub eelkõige labori mahule • Uuringute tegija teadmised, oskused ja seadmed • Uuringute tegija huvid EEL KOOLITUS

39. Uuringutega lahedamata küsimused • Mis on puuraukude vahel, kas proovid on esinduslikud jne.? • Konservatism andmete tõlgendamisel ja varutegurid • Geoloogiliste eelteadmiste ja oskuste vajalikkus • Tingimuste ehitusaegne monitooring, et üllatustele reageerida • 100% riskivaba lähenemist ei ole olemas või on liiga kallis EEL KOOLITUS

40. Standardid ja normid • Eestis EVS-EN 1997-1…2: 2006 (EPN 7.1-7.3) Geotehniline projekteerimine Osa 1 Üldeeskirjad ja Osa 2 Pinnaseuuringud ja katsetamine • Tõlgitud ja kohandatud Euroopa vastavate normide järgi • Võib kasutada ka BS, DIN, RIL või teisi norme • SNiP kasutamine eeldab, et kogu projekteerimine käib SNiP alustel EEL KOOLITUS

41. Uuringute aruanne • Eesmärk ja aeg, ehituse iseloomustus • Väliuuringute meetodid ja mahud • Laborikatsete meetodid ja mahud • Pinnasekihtide kirjeldus • Pinnasekihtide omadused • Põhjavee tingimuste kirjeldamine • Geoloogiliste tingimuste hinnang ja soovitused • Normsuurused kihtidele • Lisadena originaalandmed – puurtulbad, lõiked, katsete asukoht plaanil, katsete andmed ja graafikud, statistilise töötluse andmed EEL KOOLITUS

42. Uuringumeetodite kasutatavus • Puurimine ilma proovide võtmiseta • Pinnase visuaalne kirjeldamine ja Ro tabeli kasutamine, veetase • SWT • ca kuni 10 m sügavuseni • Liivas, plastses moreenis • Savis ainult kihipiiride eristamiseks • EVS tabelist φ’, c’ ja E EEL KOOLITUS

43. Uuringumeetodite kasutatavus 2 • DPT – raske seade (Eestis levinud Rootsi standardile vastav HfA seade, mis ei ole isegi EVS-i sisse võetud) • Kesktihe kuni tihe liiv • Plastne kuni kõva moreen • Kõva sinisavi • Vaiade pikkuse ja kandevõime hindamine • EVS tabelid, Rootsis tehtud uuringute kohaselt vastab löökide arv SPT löökide arvule, mis võimaldab juurdepääsu paljudele tabelitele • Löökide arvu korrigeerimine EEL KOOLITUS

44. Uuringumeetodite kasutatavus 3 • CPT • Kõikides pinnastes va. kaljupinnased • Oluliselt täpsem kui SWT ja DPT • Mõõtes eritakistuse ja külghõõrde võimaldab määrata pinnaseliigi puurimata • EVS annab tabeli liiva ja mölli φ’ ja c’ ning E määramiseks • Nõrkade savide Cu määramine (Norra, Rootsi) • Võimaldab määrata ka veetaseme (poorirõhu andur) • Eestis suur kogemus alates 1960-ndate lõpust EEL KOOLITUS

45. Uuringumeetodite kasutatavus 4 • VT, plaadi ja vaia koormamine jt välikatsed võimaldavad määrata vajalikud suurused otse, tabeleid kasutamata • Tiivikkatse tulemuste korrigeerimine, Cu • Plaadi koormamisel elastsusmoodul E ja ülddeformatsioonimoodul Eo • Vaia koormamisel vaia kandevõime • Sama võimaldavad laboriteimid EEL KOOLITUS

46. Andmete statistiline töötlus • Protseduur • Geoloogilise lõike jaotamine kihtideks • Kihi piiresse jäävate määratud arvsuuruste statistiline töötlus 95% garanteeritusega keskväärtuse leidmiseks • Mida suurem arvsuuruste hulk, seda lähedasem on 95% garanteeritusega keskväärtus keskväärtusele • Järeldus – mida suurem on tehtud katsete arv, seda suuremad normsuurused saab anda ja seda ökonoomsem on projektlahendus EEL KOOLITUS

47. Uuringute kvaliteedi hindamine • Kas kasutatud uuringumeetodid on valitud optimaalselt ja ehitist arvestavalt • Kas algandmed esitatud korrektselt ehk uut töötlust võimaldavalt. Kas vajalikud andmete korrigeerimised on tehtud/kirjeldatud • Kas statistiline analüüs on tehtud • Kas välja pakutud normsuurused vastavad katsete tulemustele (on määratud tabelite abil) • Kui ei, kas on toodud põhjendus ja kasutatud alternatiivi kirjeldus või viide algallikale (kirjanduses lai valik) • Hinnatud kogemuslikult – tähendab, et normsuurused saadud “laest” EEL KOOLITUS

48. Vahekokkuvõtteks • Pinnaseuuringute programm peaks olema määratud rajatava ehitise iseloomust, geoloogilistest tingimustest võimalikust vundamendi lahendusest sõltuvalt – uuring peab aitama ehituskulusid vähendada • Programmi standardile vastav täitmine tagab andmete kvaliteedi • Ei ole hea kui uuringute programmi määrab tellija suva (2 PA), konkurents või uuringute tegija teadmised, oskused või seadmed • Lubamatu on uuringute programmi koostamine uurija huvidest lähtuvalt EEL KOOLITUS