Pudotustiivistys on menetelmä, jossa painavaa järkälettä pudotetaan toistuvasti nosturilla korkealta maanpinnalle. Kuvassa 4.8.1 on esitetty pudotustiivistyksen toimintaperiaate ja vaikutussyvyyden D arviointikaava pudotuskorkeuden H ja järkäleen painon W perusteella.
Nopeaiskutiivistys on pudotustiivistyksen kaltainen menetelmä, mutta erona on, että järkä-leen paino ja lyöntikorkeus ovat huomattavasti pienemmät, mutta lyöntitiheys vastaavasti on huomattavasti nopeampi. Nopeaiskutiivistyksessä lyödään maanpinnan sijaan maanpin-nalla olevaa levyä. Pudotustiivistystä ja nopeaiskutiivistystä kutsutaan yhteisnimellä dynaa-minen tiivistys (engl. dynamic compaction). Nopeaiskutiivistyksellä saavutettava syvyysvai-kutus on pienempi kuin perinteisellä pudotustiivistyksellä. (Sandelin 2018).
23 8
Penkereen kalliomurske Kivipilarien kalliomurske Geolujite- kangas Penkereen kalliomurske Kivipilarien kalliomurske Geolujitekangas Geolujitekankaan laivaliikenne Ylijäämämaa Syrjäyttämällä Kaivaamalla Huuhtelemalla Pengerrys Tasaus
A1-A3 A4 A5
Päästö kg CO2e/kenttä-m2 Kiviainespilarien kalliomurske Kiviainespilarien kalliomurske
0
Päästö, kg CO2e/kenttä-m2
Kiviainespilarien pituus, m Syrjäyttämällä, geolujitettu
Kiviainespilarien pituus, m Syrjäyttämällä, geolujitettu
Dynaamista tiivistysmenetelmiä käytetään löyhien luonnonperäisten maalajien, purkujät-teiden, kaatopaikkojen, avokaivosten hukkamateriaalien ja osittain vedellä kyllästettyjen sa-vikerrosten tiivistämiseen (Lukas 1995). Menetelmää käytetään parantamaan kantokestä-vyyttä ja vähentämään painumia (Sandelin 2018). Suomessa on kehitetty edellisten lisäksi menetelmä, jossa kaivinkoneeseen on asennettu syvätiivistyslaite. Tällä menetelmällä nos-tetaan 10 tn painavaa teräslieriötä hydraulisesti 10 m korkeuteen. (Holopainen 2018). Pu-dotustiivistyksen kustannus riippuu mm. työn suorittamiseen tarvittavasta kalustosta. Ke-vyemmät järkäleet ja matalammat pudotuskorkeudet voivat sallia pienemmän nosturin käy-tön, mistä seuraa edullisempi lopputulos, joskin tällöin tiivistysvaikutus ei ulotu yhtä sy-välle. Pudotustiivistyksen kustannus on tavanomaisissa olosuhteissa noin 1/3–1/5 täry-huuhtelun kustannuksista. (Lukas 1995).
Kuva 4.8.1: Pudotustiivistyksen toiminta- ja mitoitusperiaate (mukaillen Lietaert & Maucotel 2012 ja Anttila 2020).
Kuvassa 4.8.2 on esitetty dynaamiseen tiivistykseen soveltuvien maalajien raekokojakauma-alueet. Tyypillisesti tiivistettävät kohteet ovat ainakin osittain pohjaveden pinnan alapuo-lella, joten maaperän vedenläpäisevyyden tulisi olla riittävä. Parhaita maalajeja dynaami-seen tiivistykdynaami-seen ovat kuvan 4.8.2 alueella 1 olevat hiekat ja sitä karkeammat maa-ainekset, joissa on hienoainesta alle 25 %. Siltit ja siitä hienommat maalajit kuvan 4.8.2 alueella 3 eivät sovellu dynaamiseen tiivistykseen. Hienot hiekat ja karkeat siltit kuvan 4.8.2 alueella
2 soveltuvat dynaamiseen tiivistykseen kohtalaisen hyvin, mutta vaativat enemmän pudo-tuksia tai isompaa pudotusenergiaa. Suhteellisen paksu, noin 1–2 m, tiivis kerros löyhän kerroksen päällä vaikuttaa pudotustiivistyksen vaikutussyvyyteen, koska pudotusenergia ja-kautuu kerrosta pitkin huomattavasti isommalle alueelle ja alempi kerros saa vähemmän pudotusenergiaa. Tiiviin kerroksen ollessa ohuempi, pudotusenergia todennäköisesti läpäi-see kerroksen. Savi tai orgaanisen maan kerrostuma estää myös pudotusenergian läpäisyä alapuolisiin kerroksiin. Mahdollisesti ongelmallisissa maaperäolosuhteissa tulisi suorittaa pudotustiivistyskokeita. (Lukas 1995).
Kuva 4.8.2: Dynaamiseen tiivistykseen soveltuvien maalajien raekokojakaumat alueittain (Lukas 1995). Alueiden selitteet on esitetty tarkemmin tekstissä.
Suunnittelu
Suunnittelun lähtötiedoksi tarvitaan tietoa maakerroksista ja indeksiominaisuuksista ja rae-kokojakaumasta. Pohjaveden pinnan taso ja sen vaihteluväli ovat myös hyödyllisiä, koska korkea pohjaveden pinta voi aiheuttaa pohjaveden alentamisen tarvetta. Attenbergin luvut voivat olla myös hyödyllisiä erityisesti hienoainespitoisessa maaperässä. Täyttöalueilla tulisi myös selvittää täyttöihin käytetyt materiaalit ja kerrospaksuudet. Seuraavaksi ryhmitellään maalajit tiivistettävyyden perusteella ja arvioidaan vedellä kyllästettyjen maakerrosten ve-denläpäisevyyden riittävyyttä. Pudotusjärkäleen pudotuksesta maahan syntyy tärinää, mikä voi vahingoittaa viereisiä rakenteita. Tärinän suuruus ja vaikutus viereisiin rakenteisiin tu-lisi arvioida suunnitteluvaiheessa. Tarvittaessa tärinän kulku voidaan katkaista kaivannolla tiivistettävän alueen ja rakenteiden väliin tai vaihtoehtoisesti kaivaa osa tiivistettävästä maaperästä pois ja vähentää järkäleen painoa ja/tai pudotuskorkeutta. Pudotustiivistys ai-heuttaa maaperässä myös sivusiirtymiä. Kokemusperäisen tiedon perusteella ovat sivusiir-tymät 3 m etäisyydellä 150–300 mm ja 6 m etäisyydellä 20–80 mm noin 6 m maanpinnan alapuolella. Suunnittelussa tulisi pyrkiä arvioimaan painumat ennen ja pudotustiivistyksen jälkeen. Painumien arviointi ennen työn suoritusta on kuitenkin vaikeata, koska tulevien
100 80 60
20 0 40
painumien vähentäminen perustuu vahvasti energian jakaumaan maaperässä (Lukas 1995).
Laaduntarkkailua tehdään yleensä kairaamalla, jos maaperä on siihen soveltuva. (Rantala 2021).
Rakentaminen
Parhaan pudotustiivistyskaluston saa nosturin vuokraajilta (Vunneli 2021). Pudotustiivis-tyksen suorittamiseen käytetään riittävällä nostokyvyllä varustettua nosturia ja pudotusjär-kälettä. Järkäleen paino on yleensä 5–30 tn (noin 50–300 kN) ja pudotuskorkeus 10–25 m.
Järkäleet valmistetaan yleensä teräksestä tai betonista ja sen muoto on yleensä kuutio tai lieriö. (Anttila 2020). Pudotustiheys on 1–2 pudotusta minuutissa. Yleensä puhtailla kit-kamailla käytettävän järkäleen pinta-ala on pienempi kuin koheesiopitoisilla kitkit-kamailla.
Kansainvälisesti on käytetty myös painavampia järkäleitä ja korkeampaa pudotuskorkeutta.
(Lukas 1995). Nopeaiskutiivistyksessä on järkäleen paino yleensä 5–16 tn ja pudotuskorkeus 1,2 m, jolloin lyöntienergia on 60–192 kNm. Pudotustiheys on kuitenkin nopeaiskutiivistyk-sessä 40–60 pudotusta minuutissa. (Sandelin 2018).
Pudotustiivistyksen aikana tulisi seurata pudotuksesta syntyvän kraatterin syvyyttä ja mah-dollista maanpinnan nousua, huokosveden painetta ja syntyneitä painumia ja tärinöitä. Pu-dotustyöstä syntyvä kraatteri on täytettävä esim. murskeella. Lopputuloksen varmentami-seen tulisi suorittaa työn aikaisia valvontakairauksia ja tarvittaessa kuormituskokeita. Työn aikana tulisi olla valmis myös muuttamaan suunnitelmia. (Lukas 1995). Työn aikana pide-tään pudotuspöytäkirjaa, johon kirjataan työkohteen nimi, päivämäärä, sää ja lämpötila, pu-dotuskalusto, -korkeus, -kierros ja kohta, pudotuserän pudotusten kappalemäärä ja kraat-tereiden tasaukset, tiivistykset ja syvyysmittausten tulokset (InfraRYL 2021).
Käyttömäärät Suomessa
Menetelmä on käytetty aiemmin ja käytetään nykyisin suhteellisen paljon. Oulussa on me-netelmää käytetty kokeiluna Äimäraution ylikulkusillan kahden siltapilarin anturalla 80-lu-vulla (Hartikainen et al. 1986). Helsingissä menetelmää on käytetty paljon Vuosaaressa ja Salmisaaressa 90-luvulla (Nauska & Havukainen 1998) ja Jätkäsaaren rakentamisen aikana 2010- ja 20-luvuilla. Menetelmää käytetään suhteellisen paljon myös pienemmissä koh-teissa (Vunneli 2021). Menetelmää on käytetty mm. pienemmissä kohkoh-teissa talorakennus-puolella soveltuvien tonttimaiden tiivistämiseen (Pyssysalo 2021), kuten esimerkiksi As Oy Vantaan Molskotin asuinkerrostalokohteessa (Holopainen 2018). Verkkokyselyn perus-teella menetelmällä käsitellään yhteensä noin 5000–20 000 m2 maaperää vuosittain.
Hiilijalanjälki
Pudotustiivistyksen ja nopeaiskutiivistyksen päästölaskennassa on otettu huomioon kallio-murskeen valmistuksesta ja kuljetuksesta johtuvat päästöt sekä pudotustiivistyksen ja no-peaiskutiivistyksen työsuoritteista johtuvat päästöt. Pudotustiivistyksessä on työsuoritteen päästöt laskettu ristikkonosturin päästökertoimella ja nopeaiskutiivistyksessä paalutusko-neen päästökertoimella. Työsuoritteiden kestot on arvioitu Helsingin Jätkäsaaren pudotus-tiivistysten ja nopeaiskupudotus-tiivistysten työsuoritteista (Viljanen 2003). Kohteen maaperä on
olosuhteiltaan soraista täyttömaata, jossa seassa ei ole louhetta. Vaikutussyvyys on noin 9 m.
Työsuoritteessa käytettävällä kalustolla on iso merkitys pudotus- ja nopeaiskutiivistyksen työsuoritteiden päästöihin. Ristikkonostureita ja paalutuskoneita on markkinoilla hyvin eri-laisilla tehoilla ja polttoaineen kulutuksilla ja tarkempia päästöjä on tarvittaessa suositelta-vaa laskea käytettyjen koneiden mukaisesti. Saavutettu tiivistyssyvyys vaihtelee myös me-netelmäkohtaisesti. Nopeaiskutiivistyksen päästöt ovat hieman pienemmät kuin pudotustii-vistyksellä, koska paalutuskoneen päästökerroin on noin puolet pienempi kuin ristikkonos-turilla. Nopeaiskutiivistyksellä on työsaavutus myös isompi. Kuvassa 4.8.3 on esitetty pudo-tustiivistyksen ja nopeaiskutiivistyksen päästöjen muodostuminen. Päästölaskennan mu-kaan valtaosa päästöistä tulee kuitenkin penkereen materiaalin valmistamisesta ja sen kul-jetuksesta ja asentamisesta. Todellisessa kohteessa voi pengerkorkeus olla pienempi kuin laskennassa käytetty 2,5 m ja päästöt alhaisempia. Kuvassa 4.8.4 on esitetty pudotustiivis-tyksen ja nopeaiskutiivispudotustiivis-tyksen päästöihin vaikuttavien tuotteiden ja materiaalien, kuljetus-ten ja työsuoritteiden päästöt.
Kuva 4.8.3: Pudotustiivistyksen ja nopeaiskutiivistyksen päästöt kenttärakenteessa.
Kuva 4.8.4: Pudotustiivistyksen ja nopeaiskutiivistyksen päästöihin vaikuttavien tuotteiden ja materiaalien (A1-A3), kuljetusten (A4) ja työsuoritteiden (A5) päästöt kenttärakenteessa Pohjois-Helsingissä.