TerraGeo-ryhmä etsii ratkaisuja kestäviin pohjarakenteisiin

– Puutteellinen tieto maan ominaisuuksista on usein suurin epävarmuustekijä koko rakentamisessa. Toisaalta maa on haastavin rakennusmateriaalimme, sen mekaanisen käyttäytymisen ollessa hyvin kompleksista. Nämä peruskysymykset muodostavat perustan TerraGeo-ryhmän tutkimukselle, tutkimusryhmän vetäjä Tim Länsivaara kertoo. 

Nykyisin vuonna 2020 perustettuun tutkimuskeskus Terraan kuuluvassa ryhmässä tutkitaan ja kehitetään pohjatutkimusmenetelmiä ja käytetään niitä ymmärtämään entistä paremmin maan lujuus- ja muodonmuutoskäyttäytymistä. Lisäksi kehitetään näiden ja täysimittakaavaisten koekohteiden monitoroinnin avulla laskentamenetelmiä. Lopulta pyritään sitomaan kaikki edellä mainitut asiat yhteen parantamalla suunnittelujärjestelmiä, jotta riittävän ja tasaisen varmuuden ja kestävän kehityksen vaatimukset saadaan täytettyä.   

– Olemme aina pitäneet tärkeänä sitä, että huippututkimus yhdistetään yhteiskunnan kannalta tärkeiden haasteiden ratkaisemiseen. Esimerkiksi jo päättyneessä RASTAPA-projektissa syntyi kolme väitöskirjaa ja lukuisia julkaisuja. Samalla kehitettiin vanhojen ratapenkereiden laskentamenetelmiä siten, että korjaustoimenpiteet voidaan paremmin keskittää todellisiin ongelmakohteisiin. Näin säästetään sekä luonnonvaroja että veronmaksajien rahoja, Tim Länsivaara kertoo. 

CPTU-kairaus kiinnostaa myös yrityksiä 

Viime vuosina tutkimuksella on viety paljon eteenpäin muun muassa CPTU-kairausta.  

– On ollut hienoa nähdä, että myös yritykset on ymmärtäneet sen potentiaalin. CPTU kaira on tänä päivänä ylivertaisen tarkka ja monipuolinen tutkimusmenetelmä etenkin pehmeillä maakerroksilla. Tästäkin aihepiiristä on yksi väitöskirja tehtynä, ja toista väitöstilaisuutta odotellaan loppuvuodelle, Länsivaara sanoo.  

Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa kehitettiin saven ominaisuuksien määritysmenetelmiä CPTU-kairausta hyödyntäen. Jatkossa tutkimusta tullaan suuntamaan siltti- ja hiekkamaille, jotta esimerkiksi nopeiden ratayhteyksien tutkimushaasteisiin voidaan vastata. Lisäksi viime aikoina on kehitetty tekoälyn soveltamista maan automaattiseen luokitukseen ja maan ominaisuuksien määritykseen. Uutta potkua tutkimukselle tuo myös Tutkimuskeskus Terran kuvassa oleva uusi kairavaunu. 

– Uudet mittaustekniikat ja koneoppimiseen pohjautuvat suurten datamäärien analysointimenetelmät tuovat uusia mahdollisuuksia pienentää maaperän ominaisuuksiin liittyvää epävarmuutta ja näin ollen pohjarakentamisen liittyviä riskejä, Länsivaara lisää.   

Väitöskirjat tuovat arvokasta tietoa 

Masi-projektissa pyritään tuetu n kaivannon monitoroinnin avulla tuottamaan uutta tietoa tukiseinien mitoitusta varten ja kehittää niissä käytettäviä laskentamenetelmiä. Aihepiiristä on tekeillä kaksi väitöskirjaa, joista ensimmäisessä keskitytään monitorointitulosten analysointiin ja mallintamiseen. Samalla pyritään myös tuomaan heti käytäntöön parempia menetelmiä. Toisessa kysymysasettelu on enemmän perustutkimusta. Siinä etsitään tarkempaa tietoa maan pienen muodonmuutostason käyttäytymisestä ja sen mallintamisesta. 

Rakentamisen laadun kannalta myös käytetyllä suunnittelujärjestelmällä on suuri vaikutus.  

– Nykyisessä Eurokoodijärjestelmässä on vielä paljon kehitettävää, jotta suunnittelija pystyy paremmin keskittymään itse suunnittelutehtävän ratkaisemiseen, samalla kuin järjestelmä takaisi oikean varmuustason joka kohteessa, Tim Länsivaara sanoo. 

Näihin ongelmiin haetaan ratkaisuja Epsilon-projektissa, jossa yksi väitös kirjatyö lähestyy maalia. Työssä tuodaan uutta tietoa eri pohjatutkimustapojen luotettavuudesta, tuodaan luotettavuuslaskentaa lähemmäs käytäntöä, sekä pyritään yksinkertaistamaan ja parantamaan tapoja kohdentaa varmuutta. 

– Onnistuminen edellyttää aina myös hyviä kumppaneita. Suuri kiitos kuuluu Väylälle, joka on nähnyt, että pitkäjänteisellä tutkimustyöllä saadaan lopulta käytäntöä palvelevia kestäviä ratkaisuja. Myös kansainvälinen yhteistyö on ollut tärkeässä roolissa. Yhteistyöverkkoa on rakennettu laajalti erityisesti Eurooppaan ja Aasian, mutta myös Yhdysvaltoihin ja Australiaan, Länsivaara korostaa. 

Rakentamisketjun avoimuus avainasemassa 

Tim Länsivaaran mukaan tulevaisuudessa tutkimusta tulisi suunnata enemmän ilmastonmuutoksen vaikutusten arviointiin ja riskikartoituksiin.  

– Esimerkiksi Tampereella vuonna 2020 tapahtunutta sortumaa ainakin vauhdittivat tuolloin vaikuttaneet, poikkeukselliset sääolosuhteet. Mahdollisten sortumien lisäksi myös tulvimisriski kasvaa, ja meidän tulee tarkoin huolehtia myös patojemme kunnosta, Länsivaara muistuttaa. 

– Meidän tulee myös ymmärtää jatkuvasti kasvavan datamäärän arvo. Tietoa on monen tasoista: osa on hyvää ja luotettavaa, osa taas sisältää paljon epävarmuutta. Nykyaikaiset menetelmät antavat kuitenkin mahdollisuuden yhdistää eri tasoista tietoa ja muodostaa luotettavampaa kuvaa todellisuudesta sen perusteella. Koko rakentamisketjun tulisi perustua tiedon avoimuuteen, siten että kaikki osapuolet keräisivät, jakaisivat ja hyödyntäisivät dataa mahdollisimman hyvin, Länsivaara kiteyttää. 

Keitä me olemme? 

Professori Tim Länsivaaran lisäksi TerraGeo-ryhmään kuuluvat:  

• yliopisto-opettaja, TkT Juho Mansikkamäki, osa-aikainen, numeeristen menetelmien opetus ja tuki 
• tutkijatohtori Marco D’Ignazio, osa aikainen, pehmeät maat, pohjatutkimusmenetelmät, FEM 
• yliopisto-opettaja, väitöskirjatutkija Mika Knuuti, pohjarakenteiden varmuus ja luotettavuus 
• yliopisto-opettaja, väitöskirjatutkija Markus Haikola, rakennuskaivannot, pohjatutkimusmenetelmät 
• väitöskirjatutkija Ali Vatanshenas, pienenmuodonmuutostason käyttäytyminen, maan ja rakenteiden yhteistoiminta. 
• väitöskirjatutkija Mohammad Farhadi, tekoälyn soveltaminen yleisesti, ja erityisesti CPTU kairausten tulkintaan 
• Bruno DiBuo, TkT, vierailijasopimus, pohjatutkimusmenetelmät, erityisesti CPTU   
• Ryhmästä jo konsulttipuolelle siirtynyt Juha Selänpää puolustaa CPTU-kairausta käsittelevää väitöskirjaansa vielä tämän vuoden puolella. 

 

Tutustu tutkimuskeskus Terraan