Raidesepelin elinkaari ja laatuvaatimukset

Abstract

Tukikerros on keskeinen radan rakenneosa, jonka tärkein tehtävä on tukea raidetta ja pitää se asemassaan. Tukikerroksen materiaalina käytetään yleensä raidesepeliä, joka altistuu elinkaarensa aikana suurille liikennekuormituksille ja ympäristörasituksille. Tukikerrokselta vaaditun pitkän käyttöiän aikana raidesepeli hienontuu ja sepelipartikkelit järjestyvät uudelleen rakenteessa, mikä aiheuttaa rataan epätasaisuuksia ja heikentää tukikerroksen toimintakykyä. Tukikerroksen kunnon heikentyminen lisää kunnossapitotarvetta. Lopulta hienontuminen määrää myös rakenteen teknistaloudellisen käyttöiän. Raidesepelin laatuvaatimukset perustuvat eurooppalaiseen standardiin ja sen kansalliseen soveltamisohjeeseen. Laatuvaatimukset asetetaan radan kuormituksen perusteella Väyläviraston ohjeiden mukaisesti. Vaatimustasot perustuvat 1990-luvulla tehtyihin tutkimuksiin ja elinkaarilaskelmiin. Nykyiset vaatimukset ovat olleet voimassa vähän yli 20 vuotta. Tässä työssä oli tarkoitus arvioida Suomen rataverkolta tutkittujen raidesepelinäytteiden rakeisuustietojen perusteella nykyisten laatuvaatimusten tasoa ja arvioida mahdollisia laatuvaatimusten muutostarpeita. Tukikerroksen hienontumisen voidaan olettaa lisääntyvän lineaarisesti tukikerrosta kuormittaneen kumulatiivisen liikennemäärän suhteen. Tavallisesti tukikerroksen hienontuneisuutta arvioidaan seulomalla radasta otettu näyte ja määrittämällä rakeisuusluku. Tukikerroksen käyttöikä on saavutettu, kun keskimääräinen rakeisuusluku saavuttaa puhdistusrajan. Perinteisen näytteenoton haittapuolena on sen herkkyys virheille, jotka vaikuttavat rakeisuuslukututkimusten tuloksiin. Viime vuosina kerättyjen rakeisuuslukujen ja liikennemäärätietojen avulla yritettiin selvittää, kuinka hyvin nykyisten vaatimusten mukainen sepeli on kestänyt tukikerroksessa. Osa radoista vaikutti kestäneen todella suuria liikennemääriä kohtuullisella hienontumisella. Osa taas oli hienontunut merkittävästi jo melko pienellä liikennemäärällä. Nykyisten vaatimusten mukainen sepeli vaikuttaa kestävän liikennekuormitusta oletettua paremmin. Toisaalta rakeisuuslukumääritysten edustavuudessa oli paikoin puutteita ja näytteitä oli otettu erilaisilla menetelmillä. Tutkimuksen aikana ilmeni, että radoissa on vielä paljon vanhoja materiaaleja, joiden laadusta tai alkuperästä ole tietoja. Kiviaineksen iskunkestävyyttä kuvaavalla Los Angeles -testin tuloksella eli LARB-arvolla on yhteys raidesepelin hienontumiseen. Paremman luokan sepelimateriaalilla rakeisuusluvut olivat keskimäärin pienempiä. LA-luku ei kuitenkaan ollut yksistään selittävä tekijä tukikerroksen hienontumisessa. LA-luvun määrittäminen jälkikäteen ei välttämättä ole järkevää, koska myöhemmin rataan lisätty sepeli vaikuttaa saataviin tuloksiin. Puutteellinen alusrakenne tai haastavat pohjaolosuhteet voivat aiheuttaa epätasaista painumaa, joka korjataan usein tukemalla raidetta. Tällöin ylimääräinen tukeminen rikkoo raidesepeliä aiheuttaen hienoaineksen kertymistä tukikerrokseen. Tukeminen on liikennekuormituksen jälkeen merkittävin hienontumista aiheuttava tekijä. Toisaalta tarpeellisen tuennan tekemättä jättäminen aiheuttaa geometriavirheitä rataan, jolloin sepelin hienontuminen kiihtyy dynaamisten kuormitusten kasvaessa. Raidesepelin todellista hienontumista kannattaisi tutkia lisää kenttätutkimuksella, jossa seurantakohteelta otettaisiin suunnitelmallisesti näytteitä ja määritettäisiin rakeisuusluvut. Pohjaolosuhteiden tulisi olla näytteenottopisteissä mahdollisimman vakioita ja sepelistä tulisi olla saatavilla sen alkuperäiset laatutiedot.