Utilization of continuous compaction control in earthworks

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2010
Major/Subject
Tietekniikka
Mcode
Yhd-10
Degree programme
Language
fi
Pages
104 (+20)
Series
Abstract
In earthwork compaction has the utmost influence to the end product. The compacted structure has to satisfy specific bearing capacity and density criteria and it must be homogenous as well. Normally the compaction work has been carried out by covering the whole area with parallel roller strips allowing some overlapping. A fixed number of passes with fixed roller parameters (frequency and amplitude) have been employed. The bearing capacity of the structure has been investigated either by measuring the deflection of the structure under certain static or dynamic load or indirectly by measuring density and degree of compaction. The problem of these so called point measurements is the weak coverage and that they are separate from other work phases. Since the subgrade and bearing courses are hardly ever completely homogenous it is hard to reach the optimum compaction result while the rolling parameters and number of passes are kept constant. In the 1970s these problems lead to a Swedish research project which tried to develop a continuous compaction control. The Continuous Compaction Control, CCC, (also known as Intelligent Compaction, IC) is a compaction method, where the vertical movement of the drum is continuously measured by an accelerometer integrated to a vibratory roller. In the modern systems the processed measurement data are presented graphically in real time on screen which is installed to the roller's cockpit. Measurements can also be linked to certain position with roller integrated GPS-receiver. The roller operator is able to take corrective actions to the weak or uneven bearing capacity by changing the roller parameters and this way better control the compaction quality. In recent years there have been intensive investigations about the reliability of the CCC-measurements and the correlation between traditional point measurements and the CCC-data. However, a wider utilization of the compaction data has not yet been the main interest. In addition of using CCC-data for quality control it can also be utilized in quality assurance as well as in the planning of future maintenance operations. The CCC-data can also be useful to develop the co-operation of constructor and the designer of the site. The main goal of this research was to study the state of the art of the CCC-technique and to design visualization techniques for analyzing the electric measurement data (CCC-data) produced by various rollers. In addition, data storage, export and further processing were studied. To gain more insight with the CCC-measurements, field tests were conducted in Suurpelto construction site in Espoo. In this project it was demonstrated that CCC-data can be processed and visualized by using the MicroStation-CAD program. The data visualization helps to analyze the quality of compaction work in terms of assessing the bearing capacity. In addition, visualization helps the quality control/quality assurance reporting. The design of CCC-database was also successful. However, more research is needed to make sure that the CCC-data are reliable and comparable. Furthermore, better guidelines, more active partners and more co-operations are needed to boost the use of this method in Finland.

Maarakennustöissä rakenteen tiivistämisellä on suuri merkitys rakentamisen lopputulokseen. Tiivistetyn rakenteen on täytettävä tietyt kantavuus- ja tiiviyskriteerit niin absoluuttisten arvojen kuin myös tasalaatuisuuden osalta. Sitomattoman rakennekerroksen tiivistäminen on perinteisesti tehty jyräämällä tiivistettävä alue täryjyrällä vierekkäisin tai hieman limitetyin jyräyskaistoin siten, että koko tiivistettävä alue jyrätään yhtä monta kertaa. Lisäksi täryn lyöntivoimaan ja -tiheyteen vaikuttavat parametrit, taajuus ja amplitudi, on pidetty vakioina. Rakenteen kantavuutta on tutkittu nk. pistemittausmenetelmin joko mittaamalla rakenteen taipumaa tietynsuuruisen kuorman alla tai välillisesti kerroksen tiiviyttä ja tiiviysastetta tutkimalla. Näiden menetelmien ongelmana on kuitenkin mittauksien huono kattavuus sekä mittauksien irrallisuus muista rakennusvaiheista. Koska jyrättävä kohde on tuskin koskaan alusrakenteeltaan ja rakennekerroksiltaan täysin homogeeninen, on selvää, että pitämällä jyrän asetukset ja ajokerrat muuttumattomina päästään vain harvoin tasalaatuiseen lopputulokseen. Tämän vuoksi jo 1970-luvulla alettiin kehittää menetelmää, jonka avulla tiivistystyön laatua voitaisiin arvioida kattavasti reaaliajassa. Jatkuvalla tiiviystarkkailulla (Continuous Compaction Control, CCC) tarkoitetaan tiivistysmenetelmää, jossa täryjyrän rumpuun on kiinnitetty kiihtyvyysanturi, jolla mitataan rummun liikettä yhtäjaksoisesti. Moderneissa järjestelmissä prosessoitu mittaustieto esitetään reaaliaikaisesti jyrän ohjaamoon asennetulla graafisella näytöllä paikkatietoon sidottuna. Näin jyrän kuljettajalla on mahdollisuus reagoida puutteelliseen tai epätasaiseen tiivistykseen jyräysparametreja muuttamalla ja näin parantaa työn laatua. CCC-menetelmän luotettavuutta ja mittaustulosten korrelaatiota perinteisiin pistemittaustuloksiin on tutkittu 2000-luvulla paljonkin, mutta mittaustulosten kokonaisvaltaisten hyödyntämismahdollisuuksien miettiminen on ollut vähäisempää. Menetelmää voidaan työmaan sisäisen laadunvalvonnan lisäksi hyödyntää myös urakoitsijan laaturaportoinnissa tilaajalle, kohteen jatkosuunnittelussa sekä kohteen käyttöiänaikaisessa hallinnassa, kuten kunnostuksessa. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää CCC-tekniikan nykytila ja luoda mittauksissa saatavalle sähköiselle tiivistystiedolle (CCC-data) visuaalisia malleja, joiden avulla rakennuskohteen tiivistystyön onnistumista voidaan arvioida. Samalla tehtiin tietokantamäärittely myöhemmin toteutettavaa CCC-datan tallennukseen tarkoitettua tietokantaa varten. CCC-mittausten tekemistä käytännössä selvitettiin Espoon Suurpellossa järjestettyjen koekohdemittausten avulla. Tutkimuksessa onnistuttiin tekemään koekohteesta kerätyn CCC-datan pohjalta MicroStation-suunnitteluohjelmaa hyödyntäen monipuolisia visuaalisia malleja, joiden avulla tiivistystyön onnistumista ja rakenteen kantavuutta voidaan arvioida ja tiivistystyön laaturaportointia helpottaa. Myös tietokantamäärittelyssä onnistuttiin. Tutkimuksen pohjalta todettiin, että Suomessa menetelmän suosion lisääntyminen vaatii lisää tutkimusta menetelmän luotettavuuden ja soveltuvuuden arvioimiseksi. Selkeät menetelmä- ja laaturaportointiohjeet, tilaajaosapuolten aktiivisuus sekä eri osapuolten välinen yhteistyö ovat välttämättömiä, jotta kiinnostus CCC-tekniikkaa kohtaan lisääntyisi.
Description
Supervisor
Pellinen, Terhi
Thesis advisor
Pienimäki, Markku
Keywords
compaction, tiivistystyö, continuous compaction control, jatkuva tiiviystarkkailu, intelligent compaction, täryjyrä, vibratory roller, Bentley MicroStation, Bentley MicroStation
Other note
Citation