Rakennuksista tutut CLT-levyt maan kantavuuden parantajana

Metsätalousinsinööri (YAMK) Anne Saloniemi työskentelee asiantuntijana Tulevaisuuden biotalous-osaamisryhmässä Lapin ammattikorkeakoulussa ja puutalousinsinööri Tytti Ahoranta projektipäällikkönä Kemin Digipolis Oy:ssä.

CLT (Cross Laminated Timber) tunnetaan parhaiten innovatiivisena ja suorituskykyisenä rakennusten kantavana rakenteena. CLT koostuu ristiin liimatuista lautakerroksista ja sillä voidaan korvata rakenteita, jotka on perinteisesti valmistettu teräksestä ja betonista. Maanpinnan kantavuuden parantamisessa tai tilapäisenä siltana puun korjuussa CLT:n käytöstä löytyy käytännön esimerkkejä Kanadasta ja USA:sta.

Pohjois-Amerikassa näitä mm. CLT Access Mats tai Terralam CLT Mats -nimellä tunnettuja massiivipuulevyjä käytetään lähinnä rakennustyömailla vahvistamassa maan kantavuutta raskaiden paalutuskoneiden tai nostureiden alla sekä kulkuväylinä soiden ja suojelualueiden yli. (Sterling Solutions LLC 2022; Structurlam Mass Timber Corporation 2022.)

CLT:n soveltaminen maan pinnan kantavuuden parantamisen ratkaisuna ja uudelleenkäytettävänä kulkuväylänä kiinnostaa Suomessa muitakin kuin metsäalan toimijoita.

CLT-levyt maanpinnan kantavuuden parantamisessa puunkorjuussa (CLT Access Matting) -hankkeessa tarkastellaan kahden erilaisen levysarjan käyttöä maan pinnan kantavuuden parantamismenetelmä; A- ja B-sarjaa, joista jälkimmäinen on ns. hylkytavarasta valmistettu erä. Samalla pyritään edistämään kiertotaloutta tutkimalla normaalista jatkojalostuskäytöstä poistetun sahatavaran soveltuvuutta maanpintalevyjen valmistuksessa.

Hankkeen alussa kerättiin tietoa mm. laatuvaatimuksista sekä toiminnallisista ja rakenneteknisistä tavoitteista levyjen teknistä suunnittelua ja valmistamista varten.

Kuva 1. CLT-levyt testissä suojuotin ylityksessä elokuussa 2021. Harri Lindeman, Luke.

Havainnot rakennesuunnittelun näkökulmasta

CLT-levyjä käytetään kantavina rakenteina ja siksi niiden käyttötarkoitukseen soveltuvasta ja kantavuudeltaan toimivasta suunnittelusta vastaa rakennesuunnittelija. Näin toteutettiin myös CLT Access Matting –hankkeen levyjen suunnittelu. Tähän mennessä kaksi kertaa käyttötarkoituksen mukaisesti maastossa turvemaalla testatut A-sarjan levyt on suunnitellut rakennustekniikan DI Risto Airaksinen Lapin ammattikorkeakoulusta. Hänellä on yli 40 vuoden kokemus sekä rakennesuunnittelusta että rakennesuunnittelun opetuksesta. CLT-materiaalin hän on tutustunut lähemmin viimeisen 10 vuoden aikana.

CLT:n ristiin liimaus lisää puisen rakenteen lujuutta. Ristiin liimaamalla levystä saadaan luja, jäykkä ja mittansa pitävä sekä ominaisuuksiinsa nähden kevyt kantava levy. Lujuuden säilymisen ja pitkäaikaisen keston kannalta on tärkeää, että metsäkoneella levyjen yli ajettaessa levyjä kulutetaan aina samalta puolelta. Taivutukselle rasitetun puolen pitäminen ehjänä lisää käyttökertoja. Toisin kuin rakennuksen vaakarakenteissa, taipuma ei aiheuta haittaa levyjen käytölle silloin, kun levyjä käytetään kulkuväylänä maan pinnassa. Levyt voisivatkin olla ohuempia ja ristiin laminoituja kerroksia voisi olla vähemmän, kuin hankkeessa testauksia varten valmistetuissa levyissä on. (Airaksinen 2022.)

Ajopinnan särkymisellä ei ole niin paljoa merkitystä. Kun toinen puoli on ehjä, pysyy vetorasituskin hyvänä. Siihen, kuinka paljon pintaa voi kuluttaa, kunnes levy on käyttökelvoton, on vaikea vastata vielä tässä vaiheessa. (Airaksinen 2022.)

Levyjen suunnittelu yhteistyössä koneyrittäjien kanssa

CLT-levyjen käyttöä ei ole tiettävästi tutkittu puunkorjuukäytössä, eikä tästä ollut käyttökokemuksia, joten oli tärkeää osallistaa mm. koneyrittäjät mukaan levyjen suunnitteluvaiheessa. Airaksinen määritteli levyjen suunnittelun kannalta ne tekijät, joihin saatiin Metsäkeskuksen järjestämissä keskusteluissa kommentteja levyjen käsittelyn asiantuntijoilta mm. metsäkoneyrittäjiltä ja puunjalostajilta.

Käyttötarkasteluissa tuli selvittää levyistä mm. seuraavia ominaisuuksia: ulkomitat, nostopisteet, levyjen väliset liitostoiveet, kuormitus, levyjen maksimipaino sekä kuljetukseen, nostoon ja asennukseen liittyvät toiveet. Huomioon piti ottaa myös metsäkoneen mitat ja rengasmäärät.

Levyjen rakennesuunnittelulle annettiin reunaehtoina seuraavat asiat:

• ajokoneen paino (20 tonnia kuorma päällä),
• levyillä saavutettava kulkuväylän minimileveys,
• ajokoneen kouran nostokapasiteetin määrittämä yksittäisen levyn maksimipaino sekä
• ajokoneen akseleiden etäisyyteen soveltuva ja yksittäisellä levyllä saavutettava etenemä.

Koneyrittäjien näkökulmasta oli tärkeää, että levyjen siirtämisen aikana koneen hytistä ei tarvitse poistua (Lindeman & Saloniemi 2021), jonka takia levyjen liitosmekanismeista sekä ylimääräisistä siirtovaijereista luovuttiin. Levyt tuli voida latoa kulkuväyläksi peräkkäin yksittäisinä, toisistaan irti olevina kappaleina ja niiden tuli kestää ajokoneen ja sen kuorman paino levyihin suunnitelluista kouran menevistä nostorei’istä huolimatta.

Airaksisen (2022) mukaan levyjen suunnittelu, käyttäjien toiveet on saatu toimimaan hyvin yhteen ja se näkyy ja levyjen toimivuutena käytännössä. CLT on kevyttä, mutta painoonsa nähden erittäin lujaa. Lisäksi se on valmistettu uusiutuvasta, hiilinegatiivisesta raaka-aineesta – puusta.

Levyt ovat tarkassa syynissä

Levyt raaka-aineena on pehmeä kotimainen kuusi. Hankkeessa tutkitaan, onko CLT-levyn kulutuskestävyys riittävää koneellisessa puunkorjuussa sekä tutkitaan ajouralle poikittain asennettavien CLT-levyjen vakautta ja vaikutusta maaperävaurioihin metsäkoneen alla. Metsäkoneen kulkunopeus sekä erilaiset tela- ja ketjuvaihtoehdot vaikuttavat levyjen pinnan kulutuskestävyyteen samoin CLT:n pintalamellin lautojen suunta ajosuuntaan nähden. Kaikki edellä mainitut seikat on otettava huomioon levyjen rakennesuunnittelussa.

Hankkeessa teetetyt levyt ovat syrjäliimattuja eli kaikilta kanteilta liimattuja. Tämä parantaa levyn kestävyyttä taivutettuna rakenteena ja tekee levystä stabiilin. B-sarjan levyissä lamellien suunta tulee olemaan levyn toisella puolella eri suuntaan kuin A-sarjan levyissä. Tällä tavalla voidaan verrata kulutuskestävyyttä lamellien suunnan perusteella. (Airaksinen 2022.)

Levyjen valmistamisesta rakennetekniseen analyysiin

A-sarjan levyt valmistettiin keväällä 2021, ja niitä päästiin testaamaan saman vuoden syksynä. Covid19-epidemiasta johtuen sahatavaran vienti sekä hinnat nousivat kaikkien aikojen korkeimmalle tasolle ja tästä syystä B-laatuisia levyjä ei saatu valmistettua suunniteltuna ajankohtana. B-sarjan osalta kevät 2022 näyttää valoisammalta. Levyjen kulutuksenkestävyyttä ja lujuutta tutkitaan maastossa.

Hankkeen lopussa tehdään tarvittavat laboratoriotestit levyjen mahdollisten rakenteellisten muutosten selvittämiseksi. Rakenneteknistä analyysiä ja siinä tehtyjä havaintoja voidaan käyttää myöhemmin maastoon soveltuvien levyjen suunnittelutyössä. Se, kuinka paljon kosteus vaikuttaa CLT levyjen rakenteelliseen lujuuteen, selviää hankkeen käytettävyystutkimuksen ohessa. Selvittämällä monestiko levyjä voidaan käyttää ja millainen merkitys sahatavaran laadulla on niiden kestävyyttä ajatellen, saadaan selville myös levyjen hinta käyttökertaa kohti.

Kuva 2: CLT-levyjen kulumista ajokertojen jälkeen. Harri Lindeman, Luke.
Hanketiedot

Lapin ammattikorkeakoulu päätoteuttajana vastaa hankkeen hallinnoista. Hankkeen osatoteuttajina ovat Suomen Metsäkeskus, Digipolis Oy ja Luonnonvarakeskus. Hankkeen toteutusaika on 1.10.2020-31.3.2023 ja sitä rahoittaa Pohjois-Pohjanmaan ELY-keskus Euroopan aluekehitysrahastosta. Budjetti on 482 418 euroa, josta EU- ja valtionrahoituksen osuus on 385 934 euroa.

Lähteet

Airaksinen, R. 2022. Lapin ammattikorkeakoulu. Lehtorin haastattelu 15.2.2022.

Lindeman, H. & Saloniemi, A. 2021. CLT-levyjen käyttö pehmeiden maiden puunkorjuussa. Koneyrittäjä nro 8/2021, 20-21.
Sterling Solutions LLC 2022. TerraLam Cross-Laminated Timber Viitattu 19.2.2022 https://www.sterlingsolutions.com/.

Structurlam Mass Timber Corporation 2022. Intelligence in Wood, CLT Access Mats. Viitattu 20.2.2022. https://www.structurlam.com/about/.