Veden saatavilla olon vaikutus radan routimiseen

Abstract

Materiaalin ollessa routivaa ja lämpötilan ollessa pakkasen puolella veden saatavuudesta muodostuu tärkein routanousua ohjaava tekijä. Jäälinssien kasvuun tarvittavaa vettä voi imeytyä maassa olevasta sisäisestä vedestä (huokosvedestä) ja ulkoisesta vapaan veden lähteestä (pohjavedestä). Syvällä oleva pohjavesi yleensä rajoittaa routimista, mutta ei suinkaan estä sitä. Vesi kulkeutuu jäälinssiin imuvoimien vaikutuksesta. Kaikkein merkittävin imuvoima on jäätymisimupaine, joka synnyttää negatiivisen huokosvedenpaineen ja saa siten vesimolekyylit virtaamaan jäälinssiin.

Tämän työn tavoitteena oli tutkia, miten sadanta, materiaalin kosteustila ja pohjaveden syvyys vaikuttavat routimiseen. Työn lopullisena tarkoituksena oli kehittää segregaatiopotentiaaliteoriaan perustuvaa routanousun laskentakaavaa ottamaan paremmin huomioon radalla vallitsevat kosteusolosuhteet ja parantaa siten laskentakaavan käyttökelpoisuutta kenttäkohteiden routanousun arvioinnissa. Tutkimuksen kokeellinen aineisto koostuu Suomen rataverkolla sijaitsevien roudan seuranta-asemien mittaustuloksista ja laboratoriossa suoritettujen routanousukokeiden tuloksista.

Routanousukokeista saaduista tuloksista voitiin nähdä, että routarajan ja vedenpinnan (pohjaveden) välisen etäisyyden kasvaessa routanousunopeus ja routimiskerroin pienenevät. Ilman ulkoista lisävettä suoritetuissa koevaiheissa huomattiin, että näytteen sisäinen kosteus pystyi aiheuttamaan haitallisen suuruista routanousua erittäin routivilla materiaaleilla. Seuranta-asemilta saaduista mittaustuloksista havaittiin, ettei pelkällä rakenteen kyllästysasteella ole yksiselitteistä yhteyttä routimiseen. Kosteuteen liittyviä tekijöitä tulee tarkastella yhdessä muiden selittävien tekijöiden, kuten pakkasmäärän, kanssa. Syksyn sademäärällä todettiin olevan monilla seurantakohteilla vaikutusta routarajan etenemiseen ja siten myös routimiseen. Sateisten syksyjen jälkeen roudan syvyys jää matalammaksi ja routanousu pienemmäksi. Routarajan ja pohjaveden välisen etäisyyden vaikutusta radan routimiseen pystyttiin tutkimaan vain yksittäisten seurantakohteiden osalta, koska pohjavesihavaintoja oli käytettävissä niukasti.

Segregaatiopotentiaaliteoriaan perustuvan laskennallisen routanousun huomattiin olevan yhteydessä havaitun routanousun suuruuteen, vaikka routanousujen suuruusluokka olikin erilainen. Laskentakaavan käyttökelpoisuuden parantamiseksi kaavassa olevan routimisajan tulisi olla se ajanjakso, jolloin routanousua todellisuudessa syntyy. Routimisajan määritys tulisi sitoa routarajan etenemisnopeuteen, sillä routarajan edetessä hyvin nopeasti vettä ei ehdi kerääntyä jäälinssiin ja routanousua ei synny. Routarajan ja pohjaveden välisen etäisyyden vaikutusta routimiskertoimeen oli tarkoitus arvioida laboratoriokokeiden tulosten perusteella. Työn edetessä huomattiin, ettei aineisto ollut riittävä laskentakaavan kehittämistä varten. Laskentakaavan parantamiseksi laboratoriokokeita tulisi tehdä lisää.