Liikennekuormituksen vaikutukset tierakenteeseen eri vuodenaikoina
Kurki, Altti (2019)
2019
Rakennustekniikan DI-tutkinto-ohjelma
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2019-12-20
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-201912136868
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-201912136868
Tiivistelmä
Suomen tieverkon ylläpidosta vastaava Väylävirasto haluaa löytää kustannustehokkaampia tapoja tienpitoon ja edistää tiestön näkökulmasta järkeviä päätöksiä, lakeja ja säädöksiä. Tämä edellyttää tierakenteen, olosuhteiden ja kuormituksien syvällistä ymmärtämistä.
Tierakenteen vaurioitumiseen vaikuttavat liikennekuormitus, olosuhteet, tierakenteen ominaisuudet ja jo tierakenteeseen syntyneet vauriot. Tässä työssä tutkitaan liikennekuormituksen vaikutuksia tierakenteeseen eri vuodenaikoina kirjallisuusselvityksen ja kenttämittausten avulla.
Raskas liikenne aiheuttaa tierakenteen kannalta merkittävimmän liikennekuormituksen. Kuormituskestävyys tarkoittaa tierakenteen kykyä kestää liikennekuormitusta. Talvella rakenteen ollessa jäässä tien kuormituskestävyys on erinomainen. Keväällä roudan sulaessa tierakenteen kuormituskestävyys on yleensä heikoimmillaan. Tämä johtuu rakenteen kasvaneesta vesipitoisuudesta. Tällöin tierakenne vaurioituu helpoimmin. Kuormituskestävyys paranee keväällä ja kesällä rakenteen kuivuessa. Toisaalta kuormituskestävyys voi myöhemmin heikentyä asfaltin lämpötilan noustessa korkeaksi tai sateiden kastellessa tierakennetta. Loppusyksyllä tierakenteen yläosan jäätyminen parantaa tien kuormituskestävyyttä merkittävästi. Loppusyksyllä ja talvella tierakenteessa voi esiintyä jäätymissulamis- ja sulamisjäätymissyklejä. Syklien sulamisvaiheessa rakenteen pintaosan vesipitoisuus voi kasvaa.
Työssä dokumentoitiin Tampereen yliopiston Muonioon vt21 Aurora-älyliikennetielle asentamat mittalaitteistot. Ne mittaavat liikennevirrasta itsenäisesti raskaiden ajoneuvojen tierakenteeseen aiheuttamia vasteita. Cestel Company:n toimittama weigh in motion- asema mittaa akselipainoja ja Roadscanners Oy:n asentamat Percoasemat mittaavat tierakenteen olosuhteita. Mittaustuloksia analysoitiin viiden mittausviikon ja kahden koekuormituspäivän ajalta. Tie on korkeapenkereinen, hyväkuntoinen ja paksupäällysteinen.
Mittaustulokset pääosin vahvistivat kirjallisuusselvityksen tuloksia. Tulosten perusteella arvioidaan, että akselipainojen nosto on tierakenteen kannalta mahdollista talvella, kun rakenne on pysyvästi jäässä. Päällysteen lämpötilan nousu kesällä aiheutti merkittävää kriittisten rasitusten kasvua tierakenteessa. Mittausdata mahdollistaa paljon tätä diplomityötä laajemman analyysin. Päällysteen lämpötilan, sulamissyklien ja 445-490 mm leveiden yksikköpyörien vaikutukset ovat mahdollisesti merkittäviä jatkoselvityskohteita.
Tierakenteen vaurioitumiseen vaikuttavat liikennekuormitus, olosuhteet, tierakenteen ominaisuudet ja jo tierakenteeseen syntyneet vauriot. Tässä työssä tutkitaan liikennekuormituksen vaikutuksia tierakenteeseen eri vuodenaikoina kirjallisuusselvityksen ja kenttämittausten avulla.
Raskas liikenne aiheuttaa tierakenteen kannalta merkittävimmän liikennekuormituksen. Kuormituskestävyys tarkoittaa tierakenteen kykyä kestää liikennekuormitusta. Talvella rakenteen ollessa jäässä tien kuormituskestävyys on erinomainen. Keväällä roudan sulaessa tierakenteen kuormituskestävyys on yleensä heikoimmillaan. Tämä johtuu rakenteen kasvaneesta vesipitoisuudesta. Tällöin tierakenne vaurioituu helpoimmin. Kuormituskestävyys paranee keväällä ja kesällä rakenteen kuivuessa. Toisaalta kuormituskestävyys voi myöhemmin heikentyä asfaltin lämpötilan noustessa korkeaksi tai sateiden kastellessa tierakennetta. Loppusyksyllä tierakenteen yläosan jäätyminen parantaa tien kuormituskestävyyttä merkittävästi. Loppusyksyllä ja talvella tierakenteessa voi esiintyä jäätymissulamis- ja sulamisjäätymissyklejä. Syklien sulamisvaiheessa rakenteen pintaosan vesipitoisuus voi kasvaa.
Työssä dokumentoitiin Tampereen yliopiston Muonioon vt21 Aurora-älyliikennetielle asentamat mittalaitteistot. Ne mittaavat liikennevirrasta itsenäisesti raskaiden ajoneuvojen tierakenteeseen aiheuttamia vasteita. Cestel Company:n toimittama weigh in motion- asema mittaa akselipainoja ja Roadscanners Oy:n asentamat Percoasemat mittaavat tierakenteen olosuhteita. Mittaustuloksia analysoitiin viiden mittausviikon ja kahden koekuormituspäivän ajalta. Tie on korkeapenkereinen, hyväkuntoinen ja paksupäällysteinen.
Mittaustulokset pääosin vahvistivat kirjallisuusselvityksen tuloksia. Tulosten perusteella arvioidaan, että akselipainojen nosto on tierakenteen kannalta mahdollista talvella, kun rakenne on pysyvästi jäässä. Päällysteen lämpötilan nousu kesällä aiheutti merkittävää kriittisten rasitusten kasvua tierakenteessa. Mittausdata mahdollistaa paljon tätä diplomityötä laajemman analyysin. Päällysteen lämpötilan, sulamissyklien ja 445-490 mm leveiden yksikköpyörien vaikutukset ovat mahdollisesti merkittäviä jatkoselvityskohteita.