Maamekaniikan lyhyt oppimäärä

Teksti: JUHO SÄTERI, Hankkija Oy

Maamekaniikalla tarkoitetaan maaperän fysikaalisia ominaisuuksia ja niihin liittyviä lainalaisuuksia, jotka määrittävät miten maa käyttäytyy, kun sitä kuormitetaan muokattaessa, siirtäessä tai päällä ajettaessa. Talon- tai tienrakennuksessa perusta tehdään maamekaniikan ehdoilla, maanviljelijä hyödyntää maamekaniikkaa rakentamalla vahvan perustan sadolle joka kasvukausi maanmuokkauksen ja kylvötekniikan keinoilla.

Kaikkien maata käsittelevien työkoneiden toiminta on riippuvaista maalajista sekä maan ominaisuuksista. Konetta tarkasteltaessa ja arvioitaessa oleellisinta on keskittyä maaperää työstäviin elementteihin, kuten piikkeihin, teriin, lautasiin
ja tasaaviin/muotoileviin työkaluihin, kuten lataan tai jyrään. Koneen runko on sivuosassa, sen päällimmäisenä tarkoituksena on toimia työkalujen kantajana, toki tarkoituksenmukaisella rakenteella mm. käytettävyyden, läpäisevyyden ja kestävyyden osalta. Esimerkiksi Vädestad Carrier -nimi juontaa juurensa kantajaan, alkuperäinen idea nykyaikaisesta lautasmuokkaimesta oli (Rexius) jyrä, johon voitaisiin ripustaa erilaisia maata muokkaavia elementtejä tarpeen mukaan.
Agronomisesti tarkasteltuna maamekaniikan kannalta kiinnostavin osa maaperää on eloperäistä ainesta sisältävä pintamaa, jota muokataan ja kylvetään. Maan ominaisuuksiin kuuluvat tiheys, huokoisuus, kosteus ja lujuus. Näistä kaksi ensimmäistä ovat maalajikohtaisia ”olosuhdetekijöitä” ja muokkauksen kannalta oleellinen lujuus käyttäytyy maalajeittain usein kosteuden mukaan, huokoisuus paljolti määrittää maassa olevan veden määrää.
Maanmuokkauksen päällimmäinen tavoite on aikaansaada maan pintakerrokseen halutunlainen rakenne kasvien kasvun mahdollistamiseksi, eli sopiva murujakauma ja maa-aineksen lajittuminen, riittävästi pieniä huokosia veden ja hapen liikkumisen mahdollistamiseksi, syvemmälle pohjamaahan ulottuvia juurten ja matojen tekemiä suurempia huokosia tuhoamatta.

MUOKKAA HARKITEN

Maan lujuus määrittää maan kantavuuden ja miten maa muokkautuu. Kun kantavuus ylitetään, pyörä uppoaa ja
muokatessa kun esim. äkeen piikki kohdistaa maahan painekuormituksen ja kun paine (=voima/pinta-ala) riittää voittamaan maan leikkauslujuuden, tällöin maa murtuu ja murustuu. Maata muokkaavalla terällä tai kiekolla on myös ns. kriittiset työsyvyydet, eli millaisella työsyvyydellä vielä saadaan maa-aines muokkautumaan halutulla tavalla.
Kun kriittinen työsyvyys on ylitetty, maa ei enää kykene murtumaan, vaan siirtyy sivusuunnassa – eli tiivistyy – ja tämä kriittinen työsyvyys on myös paljon riippuvainen maan kosteudesta! Kriittiseen työsyvyyteen pystytään vaikuttamaan ajokertojen määrällä, jos olosuhteet ovat haasteelliset; työstä askel kerrallaan syvemmälle, ja anna maan tarvittaessa
”puhaltua” välillä. Maamekaniikan näkökulmasta TopDown-yhdistelmämuokkaimen laaja työsyvyysalue perustuu lautasten ja kultivaattoripiikkien yhteispeliin; kuohkeuttamalla pintamaa lautasilla vähennetään pintamaan aiheuttamaa
vastusta, jolloin kultivaattoripiikit kykenevät murtamaan maata tiivistämättä myös syvemmissä kerroksissa.

VOIMAT TASAPAINOON!

Piikki- ja lautaskulmat vaikuttavat maassa pysymiseen tarvittavaan massaan sekä vetovastukseen. Leveä terä tai suuri lautaskulma yhdistettynä suureen lautasen halkaisijaan tarkoittaa tyypillisesti suurta vetovastusta, ja suurempaa
”pystysuuntaisen avun” tarvetta ts. muokkauskoneen rungolta tarvitaan massaa, jotta piikki tai lautanen jaksaa tunkeutua
maahan. Ajosuuntaisen lautaskulman ohella oleellista on myös pystysuuntainen lautaskulma, camber. Suuri kulma johtaa suurempaan maahan tukevaan pinta-alaan, jolloin kiekko tarvitsee massaa avuksi maassa pysyäkseen.
Yritäpä tehdä tehdä tylpällä kirveellä töitä, voimaa tarvitaan!

Loiva teräkulma, ts. maahakuisuus auttaa piikkiä tekemään työnsä kevyemmin.
Tällöin pärjätään kevyemmällä koneella, toisaalta piikki pyrkii tällöin nostamaan maata pystyakselinsa suuntaisesti – tätä ilmiötä hyödynnetään Väderstadin kultivaattoreissa erilaisilla MixIn-kärjenjatkeilla, joilla nouseva maanvirtaus saadaan ohjattua hallitusti haluttuun suuntaan. Maahakuisuuden kääntöpuolena on lisätuennan tarve, muokkauskoneessa tarvitaan tällöin hyvin kantavat renkaat tai jyrä.

Pystyllä piikillä taas pystytään kohdistamaan maata murtava voima enemmän kohtisuoraan maaprofiilissa, jolloin maa ”ei pääse karkaamaan” piikkiä pitkin vaan murustuu tehokkaasti terän edessä. Tällaiset piikit ja terät soveltuvat hyvin kylvömuokkaukseen, koska tavoitteena on aikaansaada kuohkeaa, hienojakoista maa-ainesta.
Tyypillisesti kapeampi terä tuottaa pienempää murukokoa, tällöin myös (tiheä) piikkiväli on avainasemassa, jotta piikkien väliin ei jää käsittelemätöntä maata.