Kiihtyvyysanturimittaukset raskaan liikenteen monitoroinnissa

Abstract

Tässä raportissa esitellään keskeisimmät tulokset tutkimushankkeesta, jonka tavoitteena on ollut mahdollistaa uudenlainen tapa mitata raskaiden ajoneuvo-jen akseli-, teli- ja kokonaismassat suoraan liikennevirrasta (Weigh-in-Motion, WIM). Menetelmä perustuu tien päällystekerrokseen asennettuihin kiihty-vyysantureihin, joiden tuottamat mittaustulokset muunnetaan tien pinnan pys-tysiirtymiksi kahteen kertaan integroimalla. Yhtenä tärkeänä kehitystyön tavoit-teena on tällöin ollut, että ajoneuvomassojen määrittämisessä käytettävä mit-tauslaitteisto olisi asennus- ja ylläpitokustannuksiltaan kohtuullinen ja että mit-tauksessa tarvittavat laitteet voisivat olla pysyvästi asennettuna haluttuihin havaintokohteisiin. <br/>Uuden mittausmenetelmän koekohde rakennettiin valtatielle 9 Tampereen ja Oriveden väliselle tieosuudelle. Koekohteelle, jonka päällystepaksuus oli noin 250 mm, asennettiin mittausinstrumentteja kaikkiaan kolmessa eri vaiheessa: lokakuussa 2019 asennettiin 29 kpl kiihtyvyysantureita ja kaksi lämpötila-anturia, elokuussa 2020 yhteensä 60 kpl kiihtyvyysantureita sekä yksi päällys-teen pystysiirtymiä suoraan mittaava anturi ja marraskuussa 2021 vielä kuusi kolmeen koordinaattisuuntaan mittaavaa korkealuokkaisempaa kiihtyvyysantu-ria. Kenttämittauksille rinnakkaisena tutkimuskokonaisuuden osana koekoh-teesta muodostettiin kolmiulotteinen elementtimalli, joka kalibroitiin kohteelta mitattuihin tien pinnan pystysiirtymiin tukeutuen. Mallinnettujen tien pinnan pystysiirtymien kuvaamiseen johdettiin elementtimallinnuksen tulosta vastaavat soviteyhtälöt, joiden avulla pystytään tarkastelemaan mielivaltaisten tien pin-nalla vaikuttavien pyöräkuormien yhteisvaikutusta erilaisissa lämpötilaolosuh-teissa ja erilaisilla tietä kuormittavan ajoneuvon nopeuksilla tapauskohtaisen elementtimallinnuksen tuloksia vastaavasti.<br/>Erityisesti hankintahinnaltaan edullisimmalla anturityypillä kiihtyvyyssignaalien tarkka tuplaintegrointi tien pinnan pystysiirtymiksi osoittautui varsin haasteel-liseksi. Syksyllä 2021 koekohteelle asennetuilla taajuusvasteeltaan paremmilla kiihtyvyysantureilla tuplaintegrointiin liittyvät ongelmat helpottuivat kuitenkin merkittävästi ja niillä saatujen tulosten perusteella näyttäisikin siltä, että uudella mittausmenetelmällä on hyvinkin mahdollista päästä siltarakenteisiin nykyisin asennettavia WIM-järjestelmiä vastaavalle tarkkuustasolle. Jos ja kun järjes-telmän kehitystyötä vielä jatketaan, seuraavaksi asennuskohteeksi kannatta-nee valita kokonaisjäykkyydeltään Oriveden koekohdetta alempi tiekohde, jotta tyypillisistä raskaitten ajoneuvojen akselikuormista aihetuvat pystysiirty-mät olisivat jonkin verran nyt mitattuja suurempia. Samalla asennuskohde olisi todennäköisesti ohutpäällysteisempi, jolloin kiihtyvyysantureitten asennus olisi tarkoituksenmukaisempaa tehdä lähelle päällystekerroksen alapinnan tasoa kohteen uudelleenpäällystyksen yhteydessä ilman tarvetta päällysteeseen jyr-sittäville syville asennuskoloille.