Poikkeuksellisen painavien tiekuljetusten geotekniset tarkastelut
Savolainen, Lauri Petteri (2016)
2016
Rakennustekniikan koulutusohjelma
Talouden ja rakentamisen tiedekunta - Faculty of Business and Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-10-05
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201609014477
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201609014477
Tiivistelmä
Suomessa kokonaismassaltaan yli 200-tonnisille erikoiskuljetuksille myönnetään vuosittain noin 10–20 lupaa. Näin raskaisiin kuljetuksiin liittyy merkittäviä riskejä, mutta niiden yhteydessä tehtävien geoteknisiä tarkasteluja ei ole virallisesti ohjeistettu Suomessa, Ruotsissa eikä Norjassa. Tämän diplomityön tarkoituksena on ollut tuottaa taustatietoa aiheesta tehtävälle Liikenneviraston ohjeelle.
Tutkimus on suoritettu kirjallisuusselvityksenä. Työn yhteydessä on lisäksi tehty laskentatarkasteluja. Kirjallisuusosuudessa käsitellään tierakenteen kuormituskestävyyttä, stabiliteettilaskennan teoriaa, raskaiden erikoiskuljetusten kalustoa ja kuormia, nykyisiä mitoituskäytäntöjä ja muutamia erilaisia pohjanvahvistusratkaisuja erikoiskuljetusten näkökulmasta.
Laskentatarkasteluosuudessa tarkastellaan, kuinka äärimmäisen raskaan tiekuljetuksen aiheuttama kuormitus jakautuu tiepenkereessä ja voiko tätä jakautumista hyödyntää stabiliteettilaskelmissa joissain tapauksissa. Valtaosa stabiliteettilaskelmista on tehty LEM:iin pohjautuvilla lamellimenetelmillä, mutta joitakin tarkasteluja on tehty myös FEM-pohjaisesti. Päähuomio laskentatarkasteluissa on seuraavien muuttujien vaikutuksissa: kuorma, pohjamaa, pengergeometria, ajolinja, liukupinnan muoto, kokonaisvarmuusmenetelmä ja osavarmuusmenetelmä, päätyvastus ja huokosylipaine. Muita muuttujia ja niiden vaikutuksia on pyritty arvioimaan tekstissä ilman laskelmia.
Tutkimuksen ohessa toteutuneiden erikoiskuljetuslupien perusteella havaittiin, että vaikka kuljetusten aiheuttamat pintakuormat kasvavat tasaisesti kokonaismassan mukaan, on niissä kuitenkin suurta vaihtelua. Pelkkä kokonaismassa ei välttämättä ole hyvä raja vaatimukselle selvityksestä pohjamaan ja tierakenteen kantokyvystä. Tutkimustulosten perusteella kokonaismassan rajaa voitaisiin jopa nostaa, kunhan samalla asetettaisiin raja sallitulle pintakuormalle absoluuttisesti ja suhteessa kokonaismassaan. Tämä motivoisi kuljetuksen suorittajia käyttämään vähemmän väyläinfraa kuluttavia kalustokokoonpanoja.
Laskelmien perusteella todettiin liukupinnan muodon ja huokosylipaineen väärän arvioinnin johtavan varmuuden yliarviointiin. Sen sijaan laskennallista varmuutta voidaan parantaa ajolinjaa muuttamalla ja hyödyntämällä laskennassa päätyvastuksen vaikutusta. Lisäksi laskelmien tulokset näyttivät toteen sen, että kuorman, pohjamaan ja pengergeometrian vaikutus vakavuuteen on suuri. Tämän vuoksi todettiin, että tieverkon laserkeilaus olisi suositeltavaa. Lisäksi suositeltavaa olisi tutkia poikkeuksellisen painavien tiekuljetusten vaikutusta tierakenteeseen ja erilaisiin pohjanvahvistusrakenteisiin.
Tutkimus on suoritettu kirjallisuusselvityksenä. Työn yhteydessä on lisäksi tehty laskentatarkasteluja. Kirjallisuusosuudessa käsitellään tierakenteen kuormituskestävyyttä, stabiliteettilaskennan teoriaa, raskaiden erikoiskuljetusten kalustoa ja kuormia, nykyisiä mitoituskäytäntöjä ja muutamia erilaisia pohjanvahvistusratkaisuja erikoiskuljetusten näkökulmasta.
Laskentatarkasteluosuudessa tarkastellaan, kuinka äärimmäisen raskaan tiekuljetuksen aiheuttama kuormitus jakautuu tiepenkereessä ja voiko tätä jakautumista hyödyntää stabiliteettilaskelmissa joissain tapauksissa. Valtaosa stabiliteettilaskelmista on tehty LEM:iin pohjautuvilla lamellimenetelmillä, mutta joitakin tarkasteluja on tehty myös FEM-pohjaisesti. Päähuomio laskentatarkasteluissa on seuraavien muuttujien vaikutuksissa: kuorma, pohjamaa, pengergeometria, ajolinja, liukupinnan muoto, kokonaisvarmuusmenetelmä ja osavarmuusmenetelmä, päätyvastus ja huokosylipaine. Muita muuttujia ja niiden vaikutuksia on pyritty arvioimaan tekstissä ilman laskelmia.
Tutkimuksen ohessa toteutuneiden erikoiskuljetuslupien perusteella havaittiin, että vaikka kuljetusten aiheuttamat pintakuormat kasvavat tasaisesti kokonaismassan mukaan, on niissä kuitenkin suurta vaihtelua. Pelkkä kokonaismassa ei välttämättä ole hyvä raja vaatimukselle selvityksestä pohjamaan ja tierakenteen kantokyvystä. Tutkimustulosten perusteella kokonaismassan rajaa voitaisiin jopa nostaa, kunhan samalla asetettaisiin raja sallitulle pintakuormalle absoluuttisesti ja suhteessa kokonaismassaan. Tämä motivoisi kuljetuksen suorittajia käyttämään vähemmän väyläinfraa kuluttavia kalustokokoonpanoja.
Laskelmien perusteella todettiin liukupinnan muodon ja huokosylipaineen väärän arvioinnin johtavan varmuuden yliarviointiin. Sen sijaan laskennallista varmuutta voidaan parantaa ajolinjaa muuttamalla ja hyödyntämällä laskennassa päätyvastuksen vaikutusta. Lisäksi laskelmien tulokset näyttivät toteen sen, että kuorman, pohjamaan ja pengergeometrian vaikutus vakavuuteen on suuri. Tämän vuoksi todettiin, että tieverkon laserkeilaus olisi suositeltavaa. Lisäksi suositeltavaa olisi tutkia poikkeuksellisen painavien tiekuljetusten vaikutusta tierakenteeseen ja erilaisiin pohjanvahvistusrakenteisiin.