Esiselvitys radan kuormituskestävyysmitoituksen kehittämisestä

Abstract

Kuormituskestävyydellä tarkoitetaan tämän työn yhteydessä ratarakenteen kykyä vastustaa liikenne- ja ympäristökuormitusten yhteisvaikutuksesta johtuvia pysyviä ratageometrian muutoksia. Kuormituskestävyysmitoituksen tarkoituksena on pyrkiä siihen, että radan heikkeneminen tapahtuu tasaisesti sekä ratalinjan että radan rakenneosien tasolla. Tasaisella heikkenemisellä voidaan pienentää radan elinkaarikustannuksia.

Tässä tutkimuksessa perehdyttiin radan kuormituskestävyyteen vaikuttaviin tekijöihin kirjallisuusselvityksen avulla sekä tarkasteltiin näiden kuormituskestävyyteen vaikuttavien radan ominaisuuksien välisiä vaikutussuhteita esimerkkikohteessa. Taustaksi tälle tarkastelulle esiteltiin olemassa olevalta radalta saatavia lähtötietoja sekä toimenpiteitä, joilla olemassa olevan radan kuormituskestävyyttä voidaan parantaa. Tutkimuksessa kuvattiin lyhyesti myös mitoitusmenetelmiä, joiden pohjalta kuormituskestävyysmitoitusta voitaisiin tulevaisuudessa kehittää.

Esimerkkikohteen lähtötietojen välille pyrittiin löytämään vaikutussuhteita vertaamalla radan ominaisuuksia kuormituskestävyyttä parhaiten kuvaaviin lähtötietoihin eli radan korkeuspoikkeamaan ja taipumaan. Korkeuspoikkeamadatasta muodostettiin uusi suure, korkeuspoikkeaman keskihajonnan muutosnopeus, jonka todettiin kuvaavan hyvin radan kuormituskestävyyttä. Vertailuja tehtiin myös luokittelemalla radan ominaisuuksia neljään luokkaan. Luokittelun avulla voitiin tarkastella useampaa kuin kahta ominaisuutta yhtäaikaisesti ja eliminoida haluttujen suureiden vaikutus tulokseen.

Kirjallisuusselvityksen perusteella radan kuormituskestävyyden todettiin olevan hyvin monimutkainen kokonaisuus, jossa yksittäistä ominaisuutta ei voida tarkastella irrallaan kokonaisuudesta, eikä tarkasteltuja mitoitusmenetelmiä voida suoraan soveltaa rataympäristöön tai Suomen ilmasto-olosuhteisiin. Esimerkkikohteen tarkastelussa havaittiin, että alusrakennekerroksen paksuudella ja sivuojien syvyydellä oli merkittävin vaikutus kuormituskestävyyttä kuvaaviin suureisiin. Alusrakennekerroksen paksuuden ja sivuojien syvyyden kasvaessa radan kuormituskestävyyden voidaan olettaa paranevan. Uuden tukikerroksen havaittiin jossain määrin yllättävästi nopeuttavan korkeuspoikkeamien syntymistä.